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《流浪地球2》评论(五):如何一眼看出一件事靠不靠谱? | 袁岚峰

袁岚峰 风云之声 2023-05-21

■ 导读

用王司徒的名言来说,就是:“谅腐草之荧光,怎及天心之皓月?”

■ 本文为【《流浪地球2》评论】系列
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一眼判断可行性:数量级估计

谈完了太空电梯,下面我们来谈能量问题。这在《流浪地球》第一部中就引发了大量的讨论,如行星发动机的能量是从哪来的。看过原著的人都知道,是重元素聚变,即比氢重的元素的核聚变,所谓“烧石头”。实际上,这是一个在原理上可行但在技术上跨度极大的假设。

行星发动机

因为两个原子核要聚变,首先要克服双方质子之间的静电排斥,质子越多排斥得就越厉害,所以越重的原子核就越难聚变,需要的温度、压强就越高。其实我们目前连氢聚变都还没搞定,更重的原子核的聚变自然就差得更远了。刘慈欣在这里假设了一次重大的技术飞跃,当然这在科幻作品中是可以接受的。
在第二部中出现了月核聚变的情节,用三千多枚核弹诱发月核聚变,炸毁月球。这显然同样也是重元素聚变,同样也是在技术飞跃基础上的合理假设。其实如果较真起来,人类的这点核武器对月球来说,完全是隔靴搔痒,还差几百亿倍。
我们的目的不是跟科幻较真,而是借此机会让大家了解一下数量级估计的思想。用王司徒的名言来说,就是:“谅腐草之荧光,怎及天心之皓月?”

例如即使按照《流浪地球》的设定,我们已经掌握了重元素聚变,我们可利用的燃料仍然只有地壳,最多就是把地壳烧完嘛。然而地壳相对于地球来说,其实是很薄的一层,好比蛋壳对鸡蛋。地壳的平均厚度只有17公里,而地球的半径有6371公里,两者的比例是百分之一的量级。凭这么一点燃料,就想把整个地球推走,够吗?恐怕首先值得担心的是,会不会用力过猛把蛋壳推破。

地壳对地球

类似的,月球虽然比地球小,但质量好歹也有地球的1.23%,跟人类的现有技术能力相比还是个庞然大物。凭几千枚核弹就想诱发月球的聚变,一眼就能看出差得太远。

深空气候观测站卫星在太空中拍到月球与地球http://k.sina.com.cn/article_1808449333_m6bcabf3503300rr4n.html

这些都还是核聚变。电影第一部中最核心的情节,点燃木星,是更大的问题。因为它用的是化学反应,木星上的氢气加地球上的氧气燃烧放出能量。而化学能比聚变能低百万倍,因此这个情节就更不可能了。这还没有考虑木星比地球大得多,地球上的这点氧气不够木星塞牙缝的:木星的氢气大约有10的23次方吨,而地球的氧气只有10的15次方吨,差了八个量级……https://new.qq.com/rain/a/20211202A01B4T00

点燃木星

最后,我来介绍一下我太太在电影院问我的第一个问题:移山计划成功验证,一台行星发动机把月球速度偏转了0.4纳角秒,角秒是什么意思?回答是这是角度的单位,1度(degree)等于60分(minute),1分等于60秒(second),所以1度等于3600秒。在不会跟时间混淆的时候,角分、角秒可以只说分、秒。电影中说地球停转后时间从24小时制变成了60小时制,有趣的是角度自古以来一直用的是60进制。

那么,纳角秒又是什么意思呢?纳(nano)是表示10的-9次方的词头,如纳米就是10的-9次方米。纳角秒就是10的-9次方角秒,这是一个十分微小的偏转角度,但现在的技术是可以测出来的。同样,后面还说到一台行星发动机把地球速度偏转了2皮角秒,皮(pico)是表示10的-12次方的词头。地球质量是月球的81.3倍,所以被偏转得更少。但真正的问题是纳角秒和皮角秒太大了,而不是太小了:我们现有的技术,远不足以把地球和月球偏转这么多人类在地球上还能苟多久?|袁岚峰

这里可以顺便讲一下计量单位中的词头,它们的间隔都是三个量级。比纳大的是微(10的-6次方),再大一个是毫(10的-3次方),想想我们平时用的毫米和微米。在变小的方向,纳和皮之后下一个是飞(femto),10的-15次方,例如飞秒就是10的-15次方秒。在影片中出现了中国科学院超快激光实验室的镜头,现在超快激光一般指的就是飞秒激光,时间在飞秒量级的激光脉冲。它可以用于探测化学反应等超快过程,还可以用于矫正视力手术激光视力手术和洪特定则的共同点是什么?大神竟在我身边 | 袁岚峰
2018年诺贝尔物理学奖主页对获奖者热拉尔•穆鲁(Gérard Mourou)的介绍:啁啾脉冲放大有许多用处,包括矫正视力手术https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2018/mourou/facts/

■ 扩展阅读
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■ 作者简介
袁岚峰
中国科学院科学传播研究中心副主任
中国科学技术大学科技传播系副主任
中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员
科技与战略风云学会会长


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