03.22 劉慈欣《三體》裡的水滴武器可行性探討

《三體》是劉慈欣的一部硬科幻小說,可謂紅極一時。小編也通讀了三遍,大劉那種想象力,小編自嘆不如。不過小編還是Get到了興奮點,那就是小說中三體人制造的一種武器——水滴。所以今天小編不免還想吹一吹牛。

劉慈欣《三體》裡的水滴武器可行性探討


原文是這樣描寫水滴的

“這東西真的是太美了,它的形狀雖然簡潔,但造型精妙絕倫,曲面上的每一個點都恰到好處,使這滴水銀充滿著飄逸的動感,彷彿每時每刻都在宇宙之夜中沒有盡頭地滴落著。”

劉慈欣《三體》裡的水滴武器可行性探討​​​


“有著極高的光潔度,是一種全反射鏡面。…它的表面對於包括可見光在內的高頻電磁波,幾乎能夠百分之百地反射,觀察不到任何吸收。…人們給探測器換了個稱呼,形象地叫它“水滴”。”

“水滴的表面溫度甚至比周圍太空的溫度還低,接近絕對零度。”

“西子進行了一連串的操作,把顯微鏡由光學模式切換到電子隧道顯微模式,“一千萬倍!” 在這個放大倍數下,已經可以看到大分子了,但屏幕上顯示的仍是光滑鏡面,看不到一點兒粗糙的跡象,其光潔度與周圍沒有被放大的表面沒什麼區別。”

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“在水滴尾部的尖端,出現了一個藍色的光環,那個光環開始很小,但很亮,使周圍的一切籠罩在藍光中,它急劇擴大,顏色由藍變黃最後變成紅色,彷彿光環不是由水滴產生的,而是前者剛從環中鑽出來一樣。光環在擴張的同時光度也在減弱,當它擴張到大約是水滴最大直徑的一倍時消失了,在它消失的同時,第二個藍色小光環在尖端出現,同第一個一樣擴張、變色和減弱光度,並很快消失。 光環就這樣從水滴的尾部不斷出現和擴張。頻率為每秒鐘兩三次,在光環的推進下,水滴開始移動並急劇加速。考察隊的四人沒有機會看到第二個光環的出現,第一個光環出現後,在近似太陽核心的超高溫中,他們都被瞬間汽化了。”

“因為它完成了一次從宇航動力學上看根本不可能的運動:在兩倍於第三宇宙速度的情況下進行這樣一個不減速的銳角轉向,幾乎相當於以同樣的速度撞上一堵鐵牆,如果這是一個航行器,它的內部放著一塊金屬,那這次轉向所產生的過載會在瞬間把金屬塊壓成薄膜。”

“水滴的速度已經超過了第三宇宙速度的十倍,即每秒鐘一百七十公里左右。”

“後來的分析者在察看這條航線時震驚地發現,水滴的每一次轉向都是一個尖銳的折角,而不是像人類的太空飛行器那樣成一段平滑曲線,這種魔鬼般的飛行展示了一種完全在人類理解力之外的太空驅動方式,這種驅動之下的水滴彷彿是一個沒有質量的影子,像上帝的筆尖一樣可以不理會動力學原理隨意運動。在毀滅第三隊列的過程中,這種急劇的轉向以每秒鐘兩到三次的頻率進行”


通過上面的描述,我們可以大致把水滴的情況描述如下:

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名稱:水滴

構成方式:強相互作用力外殼,內部是力場發生器和控制系統,尾部為環形噴嘴

外殼材質:強相互作用力材料

表面溫度:幾乎達到絕對零度

速度:全速大約170KM/S,也可能更高

動力:未知,但是應該採用的是反衝發動機

能源:未知,推斷為核聚變能

攻擊方式:撞擊


上面是簡要描述,下面我們具體對水滴進行一下分析。

強相互作用力外殼

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大家都知道,自然界共有四種力:強力、電磁力、弱力、引力。到了微觀層面,“力”的概念不再像日常生活中碰到的力那樣,而是表現為粒子跟粒子之間的“相互作用”,因此又稱為強相互作用、電磁相互作用等等。這個世界中的所有物質,其實都是電磁力維繫的,而強力的強度是電磁力的一百倍。靠強力來維繫的材料,自然比現在最堅固的物質還要堅固高百倍。

那麼,這種“強相互作用力材料”真的存在嗎?

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四種力的典型強度和作用距離  

如果把原子比做構建物質世界的磚塊,我們的世界就是由100多種不同的“磚塊”搭建而成。而原子其實是塊“空心磚”。它由更小的磚塊——原子核和核外電子構成。原子核的直徑僅為原子的幾萬分之一,絕大部分空間都是空的。從強力的角度看,質子和中子幾乎是一樣的,因此統稱“核子”。如果壓縮掉電子與核子核之間的虛空,比如由恆星內核塌縮而形成的中子星,密度就高得驚人。將地球上的所有海水壓縮成這種物質,其大小剛夠填滿北京的“水立方”游泳館,而渤海的海水則剛好可以裝進觀音的淨瓶。

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核子也不是最小的磚塊,它由更小的“夸克”組成。夸克共有6種,再加上電子、繆子、陶子,以及對應的三種中微子,這12種粒子(還有它們的反粒子)才是物質世界最小的“磚塊”。

劉慈欣《三體》裡的水滴武器可行性探討

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只有夸克才參與強相互作用。強力的作用範圍很短,只發生在原子核內部。要形成“強相互作用力材料”,首先夸克之間要靠得足夠近,進入強力的力程範圍。

即使最極端的天體中子星,它的物質形態仍然是一個個的中子,並不是“強相互作用力材料”。如果像大量原子排列形成晶體那樣,大量夸克由強力直接束縛成材料,那就是我們尋找的“強相互作用力材料”。

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也就是說如果像三體中說的那樣動態可控的形成強互作用力材料,就必須能夠通過某種機制把原子打散成夸克再重新組裝。這個難度非常大,可以說屬於現在人類無法想象的神級技術。

水滴推進系統

原文描述到,“在兩倍於第三宇宙速度的情況下進行這樣一個不減速的銳角轉向,幾乎相當於以同樣的速度撞上一堵鐵牆,如果這是一個航行器,它的內部放著一塊金屬,那這次轉向所產生的過載會在瞬間把金屬塊壓成薄膜。”

由此可知,水滴在兩倍於第三宇宙速度(第三宇宙速度(Third Cosmic Velocity )——從地球起飛的航天器飛行速度達到16.8千米/秒時,就可以擺脫擺脫太陽引力),也就是說水滴在2×16.8=33.6千米/秒的速度下不經減速直接銳角轉向,當然我覺得水滴並不是沒有減速,而是減速時間極短,可能僅有1-2秒就完成減速並反向加速到33.6千米/秒,假設水滴為直線方向加減速(方便計算),減速時間為1秒,加速時間為1秒,那麼可以得出加速度為33.6千米/秒^2,從原著中後期水滴被從四維空間破壞可知,水滴的強互作用力外殼由水滴內部的發生器控制,由一層只有一個原子厚的強相互作用力材料組成,所以水滴的質量只有差不多一輛卡車一樣重(大約10噸左右),而不是和小型中子星一樣。由此我們可以計算出,推力為336千牛,這個力有多大呢?在地球,1KG=9.8N,所以1N相當於0.1KG物體的重量,336千牛,約等於地球上33.6噸物體的重量。

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另外一個值得注意的是文中描述發動機只有尾部在噴射光環,那麼水滴如何調整姿態使自身在轉向後仍然能夠保持頭部向前就是一個問題,另一個,在銳角轉向後,原前進方向上的動量必須抵消,否則就會偏轉,所以個人認為,這個噴嘴必須是矢量噴嘴才能靈活控制水滴姿態。

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上面是別人畫的圖,與我的想法不謀而合,所以借來用用。

在噴射物質上,我認為原文描述的,一圈一圈放大並改變顏色(顏色改變其實代表溫度的降低)的組織,很有可能是高溫等離子體。

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另外一個,原文說到,噴口後面的人被達到太陽核心溫度的噴射物直接氣化。

綜合以上,我認為,水滴推進器應該是,採用核聚變產生高速環形等離子噴流的發動機。這個發動機對人類來說也是遙不可及,且不說核聚變技術,等離子體技術,只說這可控的矢量噴口技術就很難實現!

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小編瞌睡了,今天就先吹到這裡,請大家關注我,一起討論未來。


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