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反重力和制造《三体》中的水滴,哪个更难一些?

2020-02-26  星辰大海...

反重力可以让任何一台机器成为飞行器,水滴则是《三体》描述控制了强相互作用力制造出了有史以来强度最高的材料,两种技术都是人类梦寐以求的,那么以人类现在的技术,哪个更接近现实一些?

关于重力和强作用力

重力和强相互作用力都属于基本作用力,除了这两种以外还有电磁力和弱相互作用力,在四种作用力中,重力应该是人类了解最早的,牛顿将其解释为万有引力,引力的大小和天体之间的距离成反比,牛顿认为宇宙中弥漫的以太传递了引力,当然这是错误的,爱因斯坦将其引力解释为质量弯曲时空,弯曲的时空表现出来的就是引力。

引力是长程力,它不可抵消,可以无限叠加,所以在四大基本作用力中,它的无限增长会形成黑洞,恒星型黑洞就是恒星的铁核坍缩形成,而2019年4月10日晚发布的黑洞照片则让我们从可见光看到了黑洞的真面目。

  • 关于电磁力

处在电场磁场或者电磁场中带电离子所受到的作用力,量子场论中解释为光子传递了电磁力,当然也只有带电粒子才受到电磁力的约束。电磁力不仅表现在宏观的电动力学中,在微观的物质世界内部,也是极其重要的存在,原子核带正电荷,电子带负电荷,两者以电磁力彼此维系,原子和原子以及原子组成的分子之间,都是电磁力的范畴。

  • 关于强作用力

将原子核中的质子和中子结合在一起的作用力,卢瑟福在1919年用从α粒子轰击氮气,从中获得了氢原子,其实是α粒子的撞击下,氮原子核中的质子克服了强作用力得以分离。强作用力是四种基本作用力最最强的,大约是引力的10^39倍,但它的作用距离非常短,大约在10^-15米的范围,大了马上就会消失,小了又会成为斥力,所以强作用力不好伺候。

强相互作用的“渐近自由”

  • 关于弱作用力

亚原子粒子的放射性衰变就是由弱相互作用引起的,在标准模型中,弱相互作用是W及Z玻色子的交换,它的强度是除引力以外最弱的,弱相互作用还能引起夸克味变:夸克能在六种“味”之间互换,还会破坏宇称对称及CP对称。杨振宁和李政道发现的宇称不守恒中的基本作用力就是弱相互作用。

实现反重力和控制强作用力,哪个更简单一些?

从四种基本作用力中已经了解到,引力不可抵消,可以无限叠加,这使得反重力研究工作非常困难,比如磁铁中的磁场,我们可以制造极性相反的另一条磁铁去抵消,或者用电磁铁极性相同的一头让两者排斥都可以,但引力不能!可能牛顿的描述难以理解,但爱因斯坦在广义相对论中对引力的诠释就很容易理解了,引力是质量在时空中的表现,而惠勒则对其有非常经典的总结:

“质量告诉时空该如何弯曲,时空告诉质量该如何运动”

所以引力不仅是一种力,它还改变了时空,所以广义相对论的框架下,反引力引擎的意义不只是对抗重力,它还改变了时空,所以从这个角度来理解,曲速引擎是现代科幻理论中为数不多能压缩和扩张时空的的引擎之一,但如果要实现曲速引擎,必须有负质量或者奇异物质。尽管科学家无比向往,但到现在为止都是一头雾水,连方向都找不到!

控制强作用力可能吗?

《三体》中的水滴就是传说中强作用力下的质子排列而成,因为一大堆质子都排在一起,所以根本无法判定这种是几号元素,但从理论上来看一大堆质子排列在一起是不稳定的,这是由于质子是带正电荷,所以质子是强作用力克服库伦斥力后结合在一起的,但强作用力并不能无限叠加,因此原子序数越高的原子核就越不稳定,比如92号铀元素,被中子轰击后会裂变,所以水滴的制造是极其困难的,《三体》中的描述,在水滴内部有一个强作用力发生器,当然没有任何人知道这个强作用力发生器的工作原理是什么!

水滴除了它的材料外,还有它莫名其妙的动力,据说是“真空瓦尔塞克斯电场涡环推进”,它在末日之战中,能将水滴瞬间加速到30千米/秒,所需的能量相当于上百万吨TNT,所以别说发动机,就是水滴的燃料也成谜了,什么燃料可在瞬间释放如此能量?核聚变?反物质?其实50克反物质就差不多了,所以我们还需要反物质?

那么强作用力是不是不能控制呢?

其实也不全是,比如核聚变就是原子核克服库伦斥力以强作用力结合在一起,而裂变则是中子轰击达到使得原子核不稳定导致裂变,这也是强作用力控制的一种,只不过到现在为止还非常低级和原始而已,就像人类早已实现了核聚变的氢弹,却难以突破可控核聚变是同样的道理。

因此从这个角度上看起来,似乎是控制强作用力更接近一些,但无论哪个都没到科学家满意的状态,也许两者都还有极其漫长的路要走!

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