-
1 # Muzm
-
2 # 海萌科學快評
這個,其實並沒有啥道理在背後。畢竟這就是科幻,作者不解釋的話,讀者或者旁邊人只有按照現有的理論來解釋,解釋不通就只有抓瞎了。在這點上,作者權威為大。
不過在三體世界中,大劉還是延用了當前的大部分物理理論和宇宙觀,最多有些腦洞大開的設定,比如二維化,質子展開以及水滴等。所以不妨我們用現有宇宙理論來推算解釋一下吧?
怎樣加速一個物體到設定的速度?(絕對不枯燥)根據牛頓力學公式,速度公式 (公式1)可以寫成這樣的形式:
V = V0 + α x T
這裡V0是物體的初始速度,對三體艦隊來說,我們設為0米/秒,也就是說一開始艦隊是不動的。
α這裡是艦隊的加速度,為了簡單,我們就設為恆定的數值,也就是加速段一直是這個加速度。當然現實中這個加速度是變化的,我們只是簡化一下,方便估算。
T是經過的時間。
這個公式就是講一個物體初速為0,以恆定加速度加速一段時間後,比如 T秒鐘之後後,速度V會是多少(單位:米/秒)。
我們知道要加速一個物體,我們要施加力上去,要作用在這個物體上。根據牛頓動力學第二定理(公式2):
F = M x α
這裡F是作用在一個物體上的力,M 表示這個物體的質量,而α是物體在這個力作用下可以產生的加速度 。
這個怎麼理解呢?舉個例子,人生活在地球上就要受到地球的引力,也就有向地心運動的加速度。這個地球給我們施加的加速度就寫為g,畢竟g比較特殊嘛,是地球母親一直把我們往她懷裡拉的愛心。一般我們常聽到說“飛行員飛行時要承受幾個g的過載”—— 這個g就是指重力加速度。
我們還知道加速飛船是因為有力作用在飛船上,那就需要能量來維持這個力,來推動飛船。這裡一樣有一個公式 (公式3)描述能量做功的過程:
E = F x s
這裡 F是施加的這個力(單位是牛頓),s是這個力推動飛船運動的距離(單位是米),最後E就是需要的能量(單位是焦耳)。
一些關鍵資料和參考資料 (相當有趣)我們要進行粗略的計算,至少得有些前提條件和相關的資料支援吧?
我們先來說說下面幾個問題。
三體世界離地球多遠?答案是4.21光年。
三體星即半人馬座α星,中國古稱南門二,又是由三顆恆星組成,其編號分別為A星、B星和C星,其中半人馬座α星C被命名為“比鄰星”,是距離太陽最近.
三體第一艦隊需要多少年到達地球?懶得去看原著了,查了下,網上答案一般是400年:
那我們就假設三體艦隊用了100年加速到光速的15%,之後以這個速度航行200年,然後再用100年時間減速直到太陽系,應該大致說得過去吧?
三體艦隊有多少艘飛船,大概質量?(多重)三體艦隊有大概1000艘,這個原書裡面提到過:(羅輯在未來從冬眠中醒來,當時三體艦隊快到地球了)
你還不知道,人類現在了不得了,可了不得了!” “怎麼?”“人類的太空戰艦很厲害了,比三體人的戰艦厲害多了!” “怎麼可能呢?” “怎麼不可能?先別說那些超級武器,就說速度吧,能達到光速的百分之十五!比三體人的快多了!” 羅輯將懷疑的目光轉向護士,這才發現她十分美麗,這個時代的人似乎都很漂亮,她微笑著點點頭:“是這樣。” 熊文接著說:“而且,你知道太空艦隊有多少這樣的戰艦嗎,告訴你,兩千艘!比三體人多一倍!而且還在壯大!” 羅輯再次將目光轉向護士,她又點點頭。
三體飛船的質量?
我們自然不知道。但我們可以用別的飛船來估算,比如,星際旅行裡面最著名的“企業號”飛船。這艘飛船可是星際艦隊的當家頭牌,技術上說起來應該比三體人的艦隊要先進,畢竟企業號都可以超光速航行,還有立場發生器,傳送裝置等等。
上面的就是企業號,網上查了一下,有說60萬噸重的,也有說1百萬噸重的。
三體飛船一艘也是60萬噸好了。
其他:2015年,世界能量總消耗為5.50×10²⁰ 焦耳[1],能量相當於1千萬個小男孩原子彈。轉換為功率等於1.75×10¹³ 瓦特,或每3.15秒釋放1個小男孩。
——來自知乎最終來自英國BP公司統計
好了,我們需要的資料差不多收集好了,現在可以來估摸著計算一下了。
真刀實槍的開始計算,比那些空對空的猜測還是要靠譜些,想想就很激動,不是嗎?
計算的大概思路:知道加速時間和最終速度,透過公式1可以計算出需要的加速度α來。知道加速度α和飛船的質量M。可以透過公式2算出需要多大的力F作用在飛船上來加速。知道了力F和移動的距離,可以算出總共需要的能量E。跟地球一年消耗的能量比較一下,可以得出一些直觀概念來幫助我們推理。驚人的估算結果這樣的計算過程還是有一點邏輯可言,不算是虛無縹緲的憑空猜測吧?
可能最終結果有一點偏差,但是約摸著可以給大家一種直觀感受了。
怎麼樣?
這裡我已經幫大家計算了一下,還搞了個炫酷的表格出來列出資料說話。
話不多說,還是直接上結果吧:
光速每秒30萬公里,15%的光速就是45,000,000米/秒三體艦隊100年加速總時間為3,153,600,000秒這樣需要的加速度就是0.0143米/秒^2左右。1000艘三體飛船大概6億噸重這樣總共需要85億牛頓的力持續作用在三體艦隊上100年加速期間,三體艦隊可能只走了0.4光年,則最終所需的能量就有3.24x10^25焦這個能量相當於地球差不多5萬9千年用的能量總和這是一個驚人的數字!
仔細想想,就算三體的技術比2015年的地球先進不少,比如每年算10倍於地球的能源消耗吧。那這個所需的能量也相當於地球6000年消耗的能量總和,這才能把三體艦隊加速到15%的光速,並送到離三體星4光年遠的地球!
這麼看來,星際旅行難難不難?
難!簡直是太難了!
要知道,這一路上還有各種星際塵埃,隕石帶,宇宙輻射等什麼的。遠征4光年遠的地方,1000艘飛船其實不算多的,考慮到損耗,途中的災害,事故等等,最好1萬艘以上才可能好一點。而這就意味著更多的能源消耗。
所以看起來除非三體的能源技術有了極大的進步,否則根本不可能發動入侵地球的遠征!最多派點智子過來搞破環。
有小夥伴表示,加速階段需要100年是不是太久了?
好的,我們來減個半,比如50年加速就到15%光速怎樣?好的,這種情況下,我的計算表格告訴我,三體艦隊需要花費11萬8千個地球年的總能源消耗才能到地球。這更是天文數字。
好了,腦洞大開的計算就到這裡了。
如此,三體艦隊終於跌跌撞撞到了地球。如果不是水滴這個Bug一樣的存在,地球艦隊早就完虐三體艦隊了。可惜。。。
二向箔打擊
我是@尖端科學,與你一起看科學前沿,品尖端科技,加我喲!
回覆列表
因為作者怕牛逼吹的太大,地球上放不下。開玩笑。科幻作品,就是100%,200%又怎麼樣,反正只有你當真了。