十分慶幸,大年初一《流浪地球》終於要上映了,光看預告片,給讓人熱血沸騰,它到底會不會成為中國科幻片的先驅者呢?
《流浪地球》是作家劉慈欣的一部小說,而他最著名的小說就是傳說中的——《三體》。《三體》裡面涉及到許許多多的物理知識,有些有點天方夜譚,但好歹都有點根據,所以如果《流浪地球》能夠取得不錯的效果的話,相信《三體》的電影也不遠了。
光粒
小說之中高級文明有著許許多多的高科技武器,有些遠遠超過了地球人的理解,今天我們來揭秘一下《三體》中的比較「低級」的武器:光粒。
光粒是什麼?是一顆接近光速的體積比較很小的物體。關鍵詞:接近光速。一個小小的物體,可能只有雞蛋大小,但是其速度接近光速時,可能對於一顆星球而言就是毀天滅地的災難。
那麼這種小說中的武器到底科不科學呢?真的存在這種毀天滅地的「雞蛋」嗎?
相對論的質增效應
我們先不談這種物體到底存不存在,先從理論上來分析一下,到底有沒有可能?《三體》裡面也介紹到了,光粒的理論基礎就是愛因斯坦的狹義相對論!
根據狹義相對論,物體的質量會隨著物體的速度增大而增大,即:質增效應。所以如果想要將一個「雞蛋」變得巨重無比,甚至堪稱一顆巨大的小行星,只要將其速度不斷地增大就行了。
根據愛因斯坦的公式,我們不難發現,當物體的速度接近光速時,其質量簡直可以用毀天滅地來形容,甚至可以達到無限大!摧毀三體星系簡直不要太輕鬆。
怎麼簡單地理解質增效應?
愛因斯坦的質增公式中,將質量用「靜質量」和「動質量」分開,當物體的速度越來越快時,其增加的其實是「動質量」。質量就是質量,怎麼會有「動」和「靜」之分呢?
讓我們再來看一看這個現象。請問一顆子彈和一個雞蛋誰的質量大?毫無疑問,子彈比雞蛋要輕很多,但是一顆子彈能夠殺一個人,而很少聽過雞蛋能砸死人的。最最關鍵的地方就是子彈的速度快!
有人說,是因為子彈頭尖而且堅硬,但這個不是主要原因,就像一隻小鳥和飛機相撞同樣會造成機毀人亡!這些都是經典物理學中的動量問題,但是怎麼感覺就是《三體》中「光粒」的放大版呢?它們的區別只是一個速度快,而另一個更加快!
質量與能量
經典物理學中,物體的速度越快,攜帶的能量就越大!而狹義相對論告訴我們,物體的速度越快,它的動質量就越大!
假如兩者統一,會發生什麼呢?那就是:能量=動質量!
能量和質量難道還有轉化關係?當然有關係!而且這個關係十分著名,它就是原子彈的原理——質能方程!
再次回到《三體》中來,這麼一看,小說中的「光粒」從從目前的理論上來說是可行的。子彈的速度比光速慢很多,所以我們可以使用經典的物理學來解答,而當速度接近光速時,我們可以用狹義相對論來解答。
「光粒」的武器目前來看最大的缺陷,不是理論上能不能實現,而是要將一個雞蛋加速到接近光速所需要的能量是無比巨大的,甚至賠上整個地球都不一定夠!