《流浪地球》裡的那些超級科技:我們離「行星發動機」還有多遠?

今年春節檔，《流浪地球》成為了一匹無可匹敵的強勢黑馬。在首日低排片的情況下，憑藉口碑逆襲，票房持續走高，是初一到初六唯一一部票房每日上升的影片。影院的反應也很迅速，初三及之後的《流浪地球》排片佔比已躍居第1。

（圖片來源於微博）

當然，引發民間網絡現象級探討的，並非這部電影取得的商業成就，而是其在中國電影史上可能的裡程碑式意義。在早期的宣發階段，《流浪地球》的熱度遠不及有寧浩、黃渤、沈騰3大票房保證的《瘋狂的外星人》，以及有著星爺情懷加持的《新喜劇之王》。但是從點映階段開始，《流浪地球》「開啟中國科幻電影元年」的說法逐漸流傳。

等到正式上映後，憑藉新鮮的劇情、恢弘的場面、優秀的特效，以及諸多新奇又先進的科幻裝備，這部電影口碑爆炸，在實打實買票打分的貓眼電影上有高達9.3的分數，而在美國IMDB上，《流浪地球》評分也有8.0。

在好口碑的作用下，該片票房也一路走高。截至小編寫稿的初七早上，《流浪地球》總票房已經達到20.77億元，當天票房6945萬元，佔當天總票房11930萬元的58.2%。根據《戰狼2》《紅海行動》大賣之後國內該類電影瘋狂湧現來看，接下來，我們可以期待一大批國產科幻的出現。

跳出電影市場，對於整個科幻領域來說，《流浪地球》在網上引發科幻、科學大討論，有可能點燃全民科幻熱情，這才是其最大的功績。無論是高11000米、運作聲像心跳的巨無霸行星發動機，還是外表剛勁耐x、行駛時動力澎湃的巨大卡車，亦或是主角身上極具未來感的外骨骼系統，都符合人們對未來的幻想。作為自詡「前瞻」的信息平臺，前瞻網自然要好好蹭一蹭這個熱度，聊一聊其中的前沿構想或先進設備。

想必大多數人和小編一樣，一開始震撼的，應該是高聳入雲的行星發動機出現時，藍色離子流噴向天際的情景。

（截圖來源於《流浪地球》預告片）

在《流浪地球》中，行星發動機的設定為高度11000米——比珠穆朗瑪峰高出一座華山——，總共有12000臺，全部在北半球，提供150萬億噸的總推力，在5年左右將地球推進到逃逸太陽引力的最低速度，即16.7公裡/秒。不過，其產生的推力，遠遠不是現在技術能達到的，那麼它到底是如何實現的?原著作者劉慈欣給出的答案是：重聚變反應堆。

這是在電影後續大討論中，極具爭議的一點，最大的問題是：「重聚變」的「重」指的是什麼?在《流浪地球》原著中，大劉寫的是「重元素聚變」，在物理學或化學中，重元素是指元素周期周期表中位於鐵(26號元素)以後的元素。那麼問題來了，根據已有的發現和理論，所有重元素聚合需要的結合能已經超過釋放出的能量，重元素聚變是吸能反應而非放能反應，根本無法提供推進能量。

因此，一個合理的解釋是，「重元素聚變」只是大劉的一個筆誤，他真正想表達的應該是「重離子聚變」。相較於重元素，重離子的範圍更廣一些，質量數大於4的原子核，即元素周期表氦核以後(原子序數大於2的失去電子的原子)的離子，都是重離子。那麼，代入到反應中，從氦-4到鐵-56都是放能反應，理論上可以為行星發動機提供推力。而地表巖石中，確實含有大量氦-4到鐵-56的離子，比如氧-16和矽-28等，這也符合原著和電影中「燒石頭」、「消耗亞歐與北美大陸2/3的山脈」的說法。

需要說明的是，以上全是設想，現在的物理學界仍然在攻關用氫的同位素(氚、氘)聚變成氦的可控核聚變技術，一旦成功，人類即可以從海水中提取氘，理論上確保未來上億年能源無憂。可惜，目前這項技術仍在探索階段，「燒水」都沒搞明白，「燒石頭」可能還要放一放。

不過，這裡雖然說「放一放」，但也沒完全放下。事實上，《流浪地球》中的重聚變不是什麼新鮮東西，早在70年代，全球物理學界已經提出了相關概念，百度「重離子聚變」，第1頁就有1994年發表的《重離子慣性聚變》的知網論文。不過近年來，相關論文是少了很多，而且在中文網上也查不到國內相關研究信息。

在外網上，倒是可以找到一些信息，比如在去年初ScienceDirect網站上的一篇文章《加速器驅動重離子核聚變概覽》中，就多次提到位於蘭州的現代物理研究所正在開展重離子聚變研究，此外，文章還提到，日本從1985年就開始進行相關研究，莫斯科的理論與實驗物理研究所的研究也從80年代延續至今。

由於這篇文章主要講述重點在於加速器的發展，並沒有介紹全球重離子聚變的情況，小編另外找到一篇題為《重離子聚變反應的最新進展》(Recent developments in heavy-ion fusion reactions)的文章，從「臨近庫倫勢壁的能量研究新結果」、「遠低於庫侖勢壘的聚變阻礙」、「突破庫侖勢壘的能量研究新結果」、「核天體物理學的新成果」、「放射性束研究新結果」、「重離子系統中的聚變」6大方面總結了十幾年間重離子技術的發展。

看到這麼多專業術語，想必讀者只能不明覺厲。為了避免大家越看越迷糊，小編就不把那些文章中的複雜公式、繁瑣論證過程放上來了，簡單給大家講一講結論，看看我們離「帶著地球去流浪」還有多遠。對細節有興趣的人可以自己谷歌文章標題。

根據文章總結部分，過去十幾年，研究人員的主要成果是「討論了(重離子聚變)與恆星演化的重要聯繫」;面對「許多重要過程發生在極低能量下，如何進行實驗」這一「挑戰性」難題，科學家已經在「實驗測量和理論概述」中都取得了進展，同時提出了在實驗中無法達到的區域內進行分析超濾的建議。

此外，「利用放射性束進行聚變反應的研究仍處於起步階段，鬆散結合的有價電子核對聚變過程的影響尚不清楚，(科學家)需要進一步研究來評估，使用具有相關性質的反應離子是增強還是阻礙了聚變過程。」

「人們很早就認識到，在裂變勢壘內部會形成一個緊湊形狀的複合體系，由於動力學效應，大質量核之間的融合受到阻礙。科學家提出了幾種理論描述，探討這類效應。最近的一個模型基於從勢壘內捕獲的雙核形狀到近球形化合物階段的概率的擴散描述，似乎可以很好地描述許多用於結合超重元素的系統。未來的實驗將證明這種方法是否具有預測能力。」

根據小編的經驗，上述幾段話可以簡單總結為，物理學界提出了一些新理論，但大部分還沒到實驗階段，更遑論實用了。這麼看來，如果真的像電影中那樣，人類需要在本世紀50年代開始準備逃亡，就別想著行星發動機了，還是造飛船比較靠譜。

除了重聚變反應堆以外，要建造行星發動機，還有不少問題值得探討，比如在知乎上有人提問：「《流浪地球》中一萬座行星發動機同時開啟的瞬間，巨大的推力會造成大陸板塊的撕裂嗎?」

在下面的回答中，大部分答主都論證了，在讓地球停止轉動以及向前推進的過程中，地殼將承受巨大壓強，但也有部分答主認為，雖然地幔有巖漿，但整體來看，地球是一顆固體星球，行星發動機可能造成一定的地殼運動，但影響不會很大。

此外，和大多數科幻小說和電影一樣，《流浪地球》本身也作了一些特殊「設定」，比如設定地殼足夠堅硬，大劉在原文中就寫道：「推進發動機安裝在北緯30°以上的亞歐和美洲大陸上，只有這兩個大陸完整堅實的板塊結構才能承受發動機對地球巨大的推力。」

此外，按照設定，為了讓發動機啟動時不會下陷，底部用最新的複合材料製作了直徑超過100公裡的支撐面，降低對地表壓強。中央控制室控制一組矩陣的安全運作，包括防止過載系統。 在行星發動機正下方，人類建造了地下城，利用發動機產生的能量在地下生存。

其實，對於科幻創作的內容，我們可以探討，但是不要過於較真。大劉在早前的採訪中自己也提到過，科幻作家不是科學家，雖然都是對未來科學可能的想像，不同點在於，科學家需要想像出現機率最高的可能，而科幻作家需要的是最有意思的可能。從科學的角度，《流浪地球》或許不是最好的解決方案，但從小說電影的角度，帶著家園流浪，可能是科幻史上最浪漫的篇章。

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