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造出这台蒸汽机,你就能在《西游记》里扛把子了 | 刘洋专栏

2016-11-25 刘洋 不存在

 NON-EXIST DAILY


编者按:刘洋老师这次的脑洞开得非常诡异:采用《西游记》里各种违反物理定律的法宝,搭建一个蒸汽机。但我怎么看怎么有bug:芭蕉扇谁来操作?紧箍咒难道要在边上放个录音机?最大的问题是玉净瓶有没有海水淡化功能?如果没有,这蒸汽机难道能用海水不成?

我将上述反馈和刘洋老师描述了下,未想到这厮腰间不知哪儿变出一根狼牙棒追我就打,还一路大喝,孽畜,叫你巡山你不应,竟然催起你黄眉爷爷的稿子了?!我扭脸要跑,只觉脚下一阵狂风,身子已经被吸进人种袋。里面是个看守所,有来有去、奔波儿灞在里面哭成一团。低头看见,腰间一个牌子,小钻风。我没多耽搁,赶紧醒了。

所以,别惹科幻作家。

西游朋克

作者 | 刘洋

作为明代“四大奇书”之一的《西游记》,在我国的小说史上具有无可撼动的地位,其文化影响力源远流长。在83版西游记电视剧播出后,小说中那诸多神奇的法术和法宝,更是在全社会得到了广泛的传播。整个小说让人印象最深刻的法宝当然是那根“如意金箍棒”了,它重一万三千五百斤,可以随着使用者的心意而变大变小。我曾经发表过两篇根据金箍棒的这个特点而衍生出来的科幻小说,一篇写了金箍棒在变大后的转动惯量的变化情况,一篇写了金箍棒在变小后成为了一个黑洞。

其实,从科幻改造的角度来看,在《西游记》里面值得一写的神奇法宝和法术还有很多。比如,那张压在五指山上的写着“六字真言”的符咒,就很有意思。本来五指山是压不住孙悟空的,但是一旦贴上这张符咒后,孙悟空就再也动弹不得了。那张符咒看起来轻飘飘的,不像有多重,为什么会造成这样的效果呢?我猜测,它很可能是在一个局域的范围内产生了一个很大的重力场。

至于它为什么能产生这个重力场,原理是什么,那当然是属于高等文明的技术,我也无从回答,类似“二向箔”一样,大刘也没有说明二向箔的原理不是吗?也许我们可以稍微减小一点它产生的重力场,把它贴在星际旅行的飞船的船底,这样就不用靠旋转太空舱的方法来得到人造重力了。

△ 加装“六字真言符咒”重力场装置的宇宙飞船(插画:老墨)

今天我们来做一个新的尝试,那就是依靠《西游记》里出现的各种法宝,来组建一台单胀式蒸汽机。为此,我有必要先简单介绍一下蒸汽机的原理。

蒸汽机是利用水蒸气的压力来推动气缸里的活塞运动,从而把内能转换为机械能的一种动力装置。它属于外燃机的一种,也就是燃料在气缸外燃烧的发动机,与之相比,今天我们广为使用的柴油机和汽油机,燃料是在气缸内燃烧的,因此叫做内燃机。所以,我们首先需要在蒸汽机外部构建一个锅炉,用来产生蒸汽,然后把蒸汽引入气缸中,推动活塞运动,然后通过连杆和曲柄,把活塞的往复运动,转换为主轴的旋转运动,即可带动各种各样的外部装置了。

蒸汽机气缸中有一个很精巧的部件叫做滑阀,它由安装在蒸汽机曲柄轴上的偏心轮带动,是一种蒸汽分配装置。为什么要有这个装置呢?因为蒸汽从锅炉中引出来之后,有两条路径可以进入气缸。这两条路径分布在活塞两侧,当蒸汽从左边进入气缸时,活塞向右移动,反之,当蒸汽从右边进入时,活塞则向左移动。这就是所谓的双向气缸,是瓦特对纽可门蒸汽机的一项重要改进。

所以,我们需要一个机构——也就是滑阀——来周期性地改变蒸汽进入气缸的路径,这样才能使活塞一直往复运动下去。具体来说,通过偏心轮的带动,当活塞在蒸汽压力作用下向右移动时,滑阀会向左移动,最终挡住左边的气路;当活塞向左移动时,滑阀则向右移动,以挡住右边的气路。

△ 蒸汽机示意图。图源于《海国图志·卷八十五》,这是最早在我国介绍蒸汽机原理的书籍之一。图中标注的“辰桶”即为滑阀,辰桶下的巳、酉两管就是分别通往气缸两端的两条进气管道,戌管则是排气管道。此外,丑罐为锅炉,午桶为气缸。

然而,如果我们把注意力集中到西游记的法宝上后,我们会发现,蒸汽机的结构可以得到简化。我们将不需要在气缸的进气口安装滑阀,只需要将从两个锅炉上产生的蒸汽分别引入气缸的左右两边即可。这样做的前提,是我们可以随时控制两个锅炉的温度,让它们不断地在加热和不加热之间自由转换。有这种锅炉吗?我正好找到了一个,那就是大鹏金翅雕的“阴阳二气瓶”。在《西游记》第七十五回中,有这样的描写: 

……三十六个小妖,入里面开了库房门,抬出瓶来。你说那瓶有多大?只得二尺四寸高。怎么用得三十六个人抬?那瓶乃阴阳二气之宝,内有七宝八卦、二十四气,要三十六人,按天罡之数,才抬得动。……大圣原来不知那宝贝根由:假若装了人,一年不语,一年荫凉,但闻得人言,就有火来烧了。大圣未曾说完,只见满瓶都是火焰。

可以看到,阴阳二气瓶具有一种奇特的性质:当困在里面的人不说话的时候,里面很阴凉,一旦说话,马上就会燃起大火,把人烧为一滩脓血。很显然,其具有一个敏感度很高的声控的加热系统。因此,我们可以准备两个阴阳二气瓶,分别在其中布置一个发声机构(比如汽笛或者铃铛),将其激发机构和曲柄轴上的偏心轮连接起来。通过不断交替地激发两个阴阳二气瓶中的发声机构,就可以让它们交替地处于阴凉和加热的状态,从而调节进入气缸的蒸汽的方向,让活塞可以持续地往复运动下去。

△ 有了阴阳二气瓶这种智能温控设备,终于明白古人为啥没空调也能活下来  (图源:pengwenkuan)

这个方法有个缺陷,就是需要各个锅炉的水在需要的时候立刻得到加热,产生蒸汽,而在不需要的时候要能够立刻冷却下来,停止蒸汽的输运。阴阳二气瓶虽然可以及时加热或停止加热,但瓶中的水却不一定能够及时做出反应。一个补救的办法就是给每个瓶子都添加一个辅助装置——芭蕉扇。

芭蕉扇在《西游记》里面曾多次出现。在第三十五回《外道施威欺正性,心猿获宝伏邪魔》中,记载着太上老君拥有一把芭蕉扇,后来被金、银二童盗来做了法宝。这扇子是至阳之物,可以扇出炼丹炉里面的六丁神火。而在第五十九回《唐三藏路阻火焰山,孙行者一调芭蕉扇》里,铁扇公主也拥有一把芭蕉扇。文中有言:“……她的那芭蕉扇本是昆仑山后自混沌开辟以来,天地产成的一个灵宝,乃太阴之精叶,故能灭火气。”

可见这把扇子却是至阴之物,能扇出水气,水能克火,故而能熄灭八百里火焰山。这两把扇子有没有什么联系,我不太清楚,但是用在我们的蒸汽机里却恰到好处。当我们需要给锅炉迅速降温的时候,就用铁扇公主那把芭蕉扇对着相应的阴阳二气瓶扇风,反之,则用太上老君那把扇风就可以了。

师傅!这蒸汽机开起来好累啊!

为了提高蒸汽机的效率,增强其气密性是极其重要的。在早期,制造蒸汽机时遇到的一个主要困难,就是活塞与大型气缸的密合问题。后来,英国人约翰·威尔金森发明了一种新的精密镗孔加工技术,终于解决了这个问题。但是在我们的蒸汽机里,不需要这种技术,而是只需要在活塞外部套上一个“金刚琢”就可以了。

金刚琢又名“金刚套”,是太上老君的一件法器。在《西游记》第六回里,太上老君说:“这件兵器,乃锟钢抟炼的,被我将还丹点成,养就一身灵气,善能变化,水火不侵。”我估计锟钢应该是某种合金,虽然不知道它具体的成分和晶格结构,但它可以随意变换形状,说明其晶粒大小很小,金属塑胶极强,甚至具有“超塑性”。把它套在活塞外面,可以让活塞和气缸之间不留一点缝隙。

另外,蒸汽机各管道的接头处,也需要在高压下能维持良好的气密性。这一点,我们可以借助“紧箍儿”来实现。确切地说,是紧箍儿、禁箍儿、金箍儿这三个箍儿。这些箍儿是如来给观音,让其收服有本事又桀骜不驯的妖魔,以保取经人西行的。最后,这三个箍儿分别戴在了孙悟空、黑熊精和红孩儿头上。

三个箍儿都有配套的咒语,当念起咒语的时候箍儿会收紧。也就是说,它们可以被看作是一类可以人为调节松紧程度的卡套。当我们把这些箍儿套在管子接头处时,就可以根据各接头处的气密性调节它们各自的松紧度。也许你会认为三个箍儿太少,不够用——不必担心,金箍儿还可以一分为五,一个当五个用。第四十二回里这样写道:

好菩萨,将箍儿迎风一幌,叫声:“变!”即变作五个箍儿,望童子身上抛了去,喝声:“着!”一个套在他头顶上,两个套在他左右手上,两个套在他左右脚上。

至于蒸汽机的气缸,我们可以考虑用黄眉怪的金铙,因为其强度极高,孙悟空用金箍棒变成钻头都钻不穿,因此其绝对可以承受压缩蒸汽时的高压,也不会出现气缸损坏的情况。

最后我们来关注一下推动活塞做功的介质——水。早期的蒸汽机,水蒸气在做功之后,是通过排气管直接排出气缸的。后来基本上都加入了水循环系统,即让从气缸中出来的废气经过管道引入冷凝器,重新冷凝成水,以便循环使用。但是不管如何高明的水循环系统,总是有损耗的。因此,蒸汽机总是要定期加水。以前的蒸汽机车,每次停靠站台的时候都需要加水,这个过程一般是通过专用的注水器来完成。而在我们的蒸汽机里,则可以一劳永逸地解决供水的问题。我们只需要从观音的玉净瓶里引出一条进水管道,与锅炉作好连接,就可以完全不用担心缺水的问题了。

在《西游记》第四十二回里,观音菩萨让孙悟空去拿玉净瓶,没想到悟空却完全拿不动,菩萨道出原因:“常时是个空瓶,如今是净瓶抛下海去,这一时间,转过了三江五湖,八海四渎,溪源潭洞之间,共借了一海水在里面。你那里有架海的斤量?此所以拿不动也。”可见这玉净瓶的盛水量惊人,可以把整个大海的水都装在里面,作为水蒸气的供水系统真是再好不过了。

另外,机器的废气排放口可以加上一个广目天王的“辟火罩”。第十七回里,观音院的老和尚贪图唐僧的宝贝袈裟,欲放火谋害唐僧师徒,后来孙悟空借来辟火罩,罩住了众人所在的僧堂,才得以避过这一难。可见辟火罩具有良好的隔热性能,放在排气口上可以避免使用者被直接排出的废气的余热烫伤。

亥姆霍兹先生,这些东西真是400年前发明的,您别开枪啊(插画:老墨)

至此,我们大致梳理了一遍蒸汽机的各个机构,以及如何用《西游记》中的法宝去制造它。从技术上来看,我觉得制造一个这样的机器毫无问题,唯一的疑虑是,它似乎不遵从能量守恒定律——阴阳二气瓶的发热似乎不需要添加任何燃料,只要听到声音就行。声音是空气的振动,当然也是有能量的,但它与阴阳二气瓶输出的热能相比,就只是九牛一毛了。

所以,把这个蒸汽机做出来以后,一定要把它搬到1847年的德国,让亥姆霍兹看一看——当年他在德国科学院做了著名的关于能量守恒定律的演讲——气死他!

📝 责编:高小山、船长

📝 作者:刘洋,三维宇宙的物理学博士,主要研究二维量子材料,同时也是一维科幻作家,因为一写起科幻小说来,周围的空间就不存在了,只剩下时间这一根轴。已出版科幻小说集《完美末日》。

🎨  插画:老墨,本名王馨墨,89年生,中国美术学院影视系研究生在读。影视美术师,自由插画师,纪录片导演。插画在我的生活里更像是一种对情绪、脑洞以及各种印象的记录和宣泄,它不仅是一个不断了解自己的过程。更是真爱和可以走的很远的一条路。


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