理论上可以制造出《流浪地球》那样的行星发动机吗,产生的推力能推动地球离开太阳系吗?

Andy一瞬一世


理论上可以制造出《流浪地球》那样的行星发动机吗?大刘在接受采访时,说得很清楚了,他自己计算过,地球的质量实在过于巨大,理论上也是行不通的。但是,人类面对末世危机,带着地球一起流浪的想法太过于浪漫,他还是把设定保留下来。

行星发动机带着地球去流浪,只是男人的浪漫而已——作者大刘亲述,如假包换。

带着地球流浪,你需要支付的能量账单

想带着地球跑路,至少需要262 (后面再跟上31个零) 焦耳的能量。没有搞错,2620000000000000000000000000000000 焦耳!少一点也是不行的。

焦耳是能量的单位,简单来说:一个几十公斤的人慢走几秒钟所消耗的能量大致是一个焦耳左右。但是,即使是一个小单位,后面跟上几十个零就恐怖了!

来点数据大家先感受一下:

1、2012年,全球每年的耗电量大约是2个亿亿度。 这样的话,262 (后面跟上31个零) 焦耳的能量相当于地球364亿年消耗的电能(按照2012年的水平)。

2、苏联曾实验过5000万吨级别的“大伊万”氢弹,一颗就足以让全欧洲人民集体更换手机,但是,这个能量与262 (后面跟上31个零) 焦耳相比,简直是九牛一毛。大概相当于1亿亿个大伊万的氢弹同时爆炸。按照全世界人口80亿计算,相当于全世界人民人手点燃125万个“大伊万”级别的氢弹!这个后果太美丽,我不忍再看。

上万个150万亿吨推力级别的行星发动机,饭量如何?

《流浪地球》中需要上万个150万亿吨推力的火箭。因为要把地球带走,用的力首先得与日地之间的万有引力可比,即352 (后面跟上20个零) 牛顿这样的力,这相当于23,000个150万亿吨推力的火箭。


当然有前辈说,给一个支点,就可以撬动地球。但是支点不可得,唯有发动机实际。

在宇宙空间要得到力量,我们唯一能做的最有效的是往外甩东西得到推力(光压效率太低),这也就是火箭产生推力的原理。往外喷出的物质速度越快、单位时间内往外喷出的物质越多,产生的力越大,即推力=质量乘以速度的变化率。

假设一个超级火箭往外喷出的物质速度是100倍声速,即每秒30千米,该火箭必须以每秒200亿吨的速度往外喷射物质,才能产生150万亿吨推力。而这样的推力,需要消耗的物质大约200亿吨每秒。1万个这样的火箭发动机消耗一年,一个地球质量差不多就喷完了。

如果改用氢聚变或者氘聚变呢?

同学们显然从我上面的推算看出来了漏洞。怎么能一直算吃石头呢?现在地球上研究的聚变都是以氢或者氘聚变为前提啊。怎么流浪地球里面会舍近求远了呢?


地球推动后,地球表面哪里还有水啊?大家电影看仔细一点吧。大刘也是为了避开这个设定上的硬伤,才发明了重聚变这种神秘的能源利用方式啊。

结语

科幻,也就是科学幻想。重点在幻想,而不在科学。

这点大刘自己都很清楚,也早把话撂下了;硬是给他完美化,是没多大意思的事情。

真要逃脱太阳给予地球的末日之灾,除了世代飞船,真没有第二个办法啦。


猫先生内涵科普


且不说行星发动机能不能造出来,就是燃料恐怕都挖不动。

需要多少燃料呢?一座山?两座山?全球的山?

都不够,我们需要一颗火星,把它所有的石头都聚变成铁,才足够把地球送到比邻星。

上图就是我渲染的模型,其中黑色的球就是所需要的燃料。可以看到,若要把地球加速到光速的千分之五,得把地球挖的天翻地覆都不一定够。

计算的过程比较复杂,简单说一点点。

首先是能量。达到了光速的量级,即使是高速带来的动能,其对应的质量都是极为巨大的。考虑到核聚变的效率最高也就1%上下,仅仅是要提供地球的动能,就需要烧掉相当于地球半径13%的燃料。大概是这样:

但是这还不够。因为推动地球前进,需要向后喷射物质。这些喷出去的物质,才是大头,消耗了大部分的质量,也消耗了大部分的能量。如果算下这些,最终的消耗量,就和图一一样。

挖掉这么多东西,地球就算到了比邻星,估计也面目全非了……

不过毕竟是科幻,没有必要如此苛刻,好看、有深度便好。


章彦博


先给出答案,放弃公式表达,只说结论:理想模型下,是可以的,但时间将非常漫长;如果真要实行这个计划,在可见的将来,没有成功的可能性。



根据简单的理论计算:如果想在1天左右的时间将地球完全刹住车,那么需要的赤道行星发动机数量大约为5千万台!按照书中的标准,人类大约建立了1万座行星发动机,我们假设赤道上的行星发动机数量在1000至1万台之间,所需要的刹车时间大约为20到100年,平均估计,人类大约需要50年才能完成地球的刹车!这个,相比于人类灭亡的命运,我们是等得起的。地球刹车,看来是可行的。


还是按照一万台行星发动机计算:地球从太阳流浪到比邻星,将需要大概25600年!比书中的估计整整大十倍!25000年相比2500年是什么概念?孔子时代到现在的时间大概是2500年,但是25000年以前,第一个学会说话的人类可能还未出现!黑白黄三亚种的分化也不过大概两万年的事,两万年的地下城生活或许足以让人类进化出全新的特点!

按照书中描述,行星发动机的能量主要来自重核聚变,可以形象的想象为“石头”的部分质量转化为了能量,转化关系即为著名的爱因斯坦质能关系方程E=mc^2。但是,核聚变并非完全的质量转化为能量,而只是一部分,根据计算只要人类对于质量的利用率大于 10^-7(也就是说一千万公斤石头,至少得能利用其中的一公斤石头全部转化为能量),人类就能在把地球吃空(字面意义的吃空)前到达比邻星!


但以上只是纯理想模型下的理论计算,刘慈欣本人曾经在《科幻世界增刊·30周年特别纪念》一文中明确说过:“《流浪地球》还有许多方面不得不在科幻的严谨上做出妥协,比如氦闪,只是恒星步入晚年初期的一种活动,在漫长的时间里反复发生后,恒星才能进入红巨星状态。另外,当时没有经验,竟把地球发动机的具体参数全部详细列出,详细到可以很方便地直接计算地球得到的加速度,计算的结果是:发动机只能给地球零点(N多个零)几的加速度,别说航行,改变轨道都不可能。“


战时灯火


要制造电影中的行星推进器,需要攻克两个瓶颈:

1.工程材料方面的瓶颈。

材料,是很多科技无法得到实际应用的主要原因。

《流浪地球》中,一万多座行星推进器,产生的推力能让地球达到逃逸速度。依据“力的作用是相互的”,可以得出:行星推进器承受与其推力相等的反作用力。目前已知的所有物质中,没有哪种做成推进器支架等材料后,能达到如此强度,同时还能经受住宇宙中低温、辐射等严酷环境的“摧残”。

行星发动机对材料要求太苛刻,理论上达不到。

2.已知的“燃料”中,比冲(单位质量产生的推力)大,能够把地球推走,自身消耗不多、地球上取之不竭的,基本不存在。

传统意义上的化学能基本没戏,各种燃料(需要助燃剂,如氧气等)通过燃烧所释放的推力,相对于地球这个庞然大物都可以忽略不计。(除非像影片中引爆木星那样,无穷大燃料一次性爆炸。持续燃烧提供动能,基本不可能)只有物质质量发生变化时,产生的能量,才有可能产生如此巨大持久的推力。依据爱因斯坦相对论,目前来看,只有可控的裂变、聚变、反物质技术这三条路。影片中的可控重核聚变(氢元素同位素可控聚变技术目前正在探索,如果实现,全球能源几十万年内是用不完的),目前只存在于幻想之中。



已知“燃料”比冲太小,理论达不到。

综上,立足于目前的科技,行星发动机理论上是造不出来的。而且就算造出来了,也没有合适的燃料。但是,这是科幻片。如果《星际穿越》中大活人和飞船都能穿越黑洞后完好无损;主角进入五维空间,知前后五百年也是可行的。那么,相对于《星际穿越》,《流浪地球》中行星推进器的材料和燃料瓶颈,似乎不是什么大不了的问题。

试想一下,有一种材料,既耐极冷又耐极热,密度、韧性、刚度等指标完全符合行星推进器的要求,而且人类已经完全掌握了重核聚变技术,那么,地球将变成一个巨大的宇宙飞船,在星际间流浪。这非常符合逻辑,至少相对于《星际穿越》来说,也不是太离谱!


乐之者电影


理论上人类掌握足够的科技和能量,连银河系都能毁了,移走地球算个什么事,只要推力充足,地球不过是体积大一点的飞船,运用的科学原理和飞船没区别。

《流浪地球》中建造的行星发动机利用重元素聚变获得能量,填进去石头都可以做燃料,高十公里左右,总共10000多台,想要把地球推离现有轨道只要投入足够的材料就行,而地球不缺少比碳还重的元素,只不过将地球加速到第三宇宙速度,使地球飞离太阳系所需要的能量足以消耗一条庞大的山脉。毕竟还是文艺作品,不能太强调物理的合理性,而是要看作者透露出的思想,那就是人类抗争的天性,不会坐以待毙。

《流浪地球》中的设定是太阳突然发生氦闪,太阳突然就快灭亡了,地球环境的改变使地球不再适合人类生存,非常寒冷,于是全世界突然就停止了纷争,联合在一起造行星发动机。目前可控核聚变在实验室已经实现了,只是能够持续的温度还比较低,反应的时间也还比较短,但已经看到了希望。目前的可控核聚变是利用氢的同位素氘那样的轻元素,这个还不能投入实用,更不用提重元素聚变了。

卡尔达舍夫曾对文明进行了分级,认为文明大体可以分为几个阶段,最高阶段可以利用整个星系或者宇宙的能量,对那种文明层次的生物来说,毁掉星系估计还真不是啥大事,建造行星那么大的飞船更没压力。小说就是小说,不能用科学理论严格分析。


来看世界呀


确实有几个争议点:

一、停止自转的时机?或者说其实不太需要停止自转。停止自转是一个风险很高的选择。如果贸然停止自转,确实很可能整个地球会解构的。地球维持稳定的现状,正是自转离心力对太阳引力的抵消;

二、地球不应该刹车,而是加速逃离太阳系,就不用借助木星了。且,如果刹车,能不能逃脱太阳引力都是巨大的挑战。所以地球逃离应当是加速通过扩大自转直径逐渐逃离太阳引力,并且在比较长的时间没调整黄道面避免与小行星带碰撞,否则一个小行星就直接歇菜了;

三、整个影片的事件改变结果的时间太迅速,跟速度和距离不成比例,要么发生撞击时间太短,要么反弹离开时间太迅速,能够立马见效的将地球弹开,估计就这个冲击,地球就歇菜了;

四、月球的处理显得很微妙也需要很谨慎,如何抛弃月球是必须要交代的环节。用月球代替领航空间站,其实更符合未来科技及选择;

五、一万座大功率发动机推动地球螺旋逃离太阳系,发动机应当建满全球,只开半数,剩下的发动机是备用。地球在很长时间内,仍旧有四季,且发动机分布的北半球,因发动机的作用,应当是长期白昼,温度偏高,甚至能够鸟语花香;

六、背离太阳且没有受到发动机光照的区域,冷热交界处应当风暴频繁;

当然,这部电影值得肯定,中国科幻片由此宣告崛起,我看了三遍,内心澎湃,引以为豪。




禧沁


《流浪地球》最近大火可以看做是中国科幻电影的里程碑,故事情节主要改编自大刘的《流浪地球》短篇小说。从前边这段话我们可以提炼出几个词“科幻、电影、小说”,如果现在人类真的面临这种情况,理论上可以制造出这样的行星发动机,但是要把地球推离太阳系还是有一定难度的。

《流浪地球》内容简介

一般低质量恒星在内部发生核聚变当氢全部转化为氦气,随着内核处的氦含量的增长,最终会发生数次爆炸,在几分钟之内释放巨大的能量-氦闪。随后恒星将进入红巨星时代,我们的太阳就是如此小说中的设定是:太阳的演化已经向主序星之外偏移将在400年后发生氦闪,并进入红巨星时代,届时包括地球在内的四颗岩石行星都将瞬间被汽化,太阳的外边缘也将达到火星的轨道处。

人类唯一能去的地方就是距离我们最近的恒星半人马座比邻星,在4.22光年之外。并且最终选择了地球派的计划,建造行星发动机带着地球去流浪。整个过程将持续2500年,大约会经历100代人,所以在原著中一直在强调那个时代“希望”很重要。

人类倾尽所有建造了大约10000台行星发动机,每座推进式行星发动机高度达11公里,将会为地球提供150万亿吨的推力,除此之外赤道上还建有更大的转向发动机。这些发动机主要应用重元素聚变技术,当然人类目前的并做不到。

理论上这种技术是可以实现的,一般大质量恒星内部就会发生这种重元素聚变,这种聚变方式需要的条件更苛刻,因为要想让重元素结合就需要特别多的能量,这样来看重元素聚变效率相对较低。人类目前应用核聚变技术就是不可控的氢弹爆炸,核电站等都是应用的核裂变。


而这些行星发动机的燃料就是“岩石山脉”,简单的说就是“烧石头”,150万亿吨的推力给地球的加速度依旧不够,当然如果过大地球的板块也很可能承受不住。这样就加了一步需要借助木星的引力弹弓效应给地球提提速,木星是太阳系内八大行星中的巨无霸总质量是其他七颗行星的2.5倍,木星提供的速度加持是很可观的。

10000台行星发动机全功率启动,在加上木星的引力弹弓提速,是可以让地球加速到第三宇宙速度的,飞出太阳系后就可以以这个速度继续滑行就好了;在行进到一半距离的时候还需要经历减速阶段,用转向发动机恢复地球的自转,最终泊入比邻星经过数百年后地球重新升温“鸟语花香”。



科学黑洞


理论上当然可以制造这样的行星发动机,我们可以简单的认为地球就是宇宙飞船,虽然模样上怪异了一些,只要给它点推力,那么使其在宇宙中航行是完全没有问题的。关键就是这样的行星发动机能不能造的出来的问题。

地球的质量5.965×10^24kg,地球轨道处的逃逸速度大概在42km/s左右,那么如果是12000台重核聚变的发动机来推动地球达到这个速度的话,每台发动机的推力大概要达到2万亿吨左右,这是不敢想象的程度。

有的人会有疑问,地球的速度都达到42公里每秒了,早已超过第三宇宙速度,为何不直接飞离太阳系,还要经过木星的引力加速呢?

这是因为我们常说的第三宇宙速度16.7公里每秒是相对于地球的,是指地球上的飞行器要脱离太阳系所需要的速度,而不是地球本身,地球本身环绕太阳公转的速度就已经达到了29.78公里每秒,而脱离轨道的速度需要42公里每秒,脱离太阳系的速度肯定要大于42,所以需要引力加速。

并且,建造这样的发动机需要多少的钢材与元器件呢,12000台高耸入云的发动机,群山莫能与之匹敌,实话讲,即便是全球联合起来, 也建造不完。

所以,行星发动机推着地球离开,这是科幻文学上的浪漫,理论上虽有实现的可能性,但放在现实中,办不到。

个人浅见,欢迎评论!


科学船坞


要我说,在地球上装多少台行星推动器都推不动地球本身!这跟在火车厢里跳起来,落下的时候落在原地是一个道理!想要推动地球,須有作用在大气层以外的力。这个力至少要比太阳引力大,且受力点无论从角度还是任何方面,都必须计算精确……否则无论做什么,理论上都还是在地球内部而已!这跟“宇宙中给我一个支点,我可以撬动地球”是一个道理!另外就是,还必须研究到地月之间引力,地球跑了,难道月球就会无动于衷的停在那里看着? 月球,说是地球的卫星,但是由于潮汐锁定,实际在宇宙中,它更像是与地球相伴围着太阳公转。不用说地球要去“流浪”了,即便与现有运行轨道有那么几百、上千米的差异,地球上的其所有自然生态系统,都会出现难以想象的灾难!更何况,地球除了本身,还包括大气层,这是一个整体。在地面使用推进装置,推动力根本就作用不到宇宙当中。即便推动力大到足够突破大气层,那么在这之前,恐怕所谓的行星推动器也早就深陷于地壳之下了……所以我认为,《流浪地球》的确就是一个科幻,电影要是好看,大家就不必过于较真。现实中,起码就目前人类还限于三维的科技水平,仅仅还只是0.75级文明的状态下,是难以实现带着地球去躲避灾难的。真到了太阳晚年期,即将变成红巨星的那一天,如果到时候地球文明仍没有突破二级以上,或许能做到星际移民,能保留住地球生命的种子,就已经很不错咯!


游云闲鹤


大家好,我是医小白

流浪地球作为中国第一部跨时代意义的科幻片,片中描绘了大量的未来科技产品,而这些科技中的核心就是行星发动机。那么不仅有人要问了,行星发动机在现实中能造出来吗?即使造出来了能把地球推出太阳系吗?今天,小白就带领大家探索一下这个问题。

发动机到底能否被建造出来

1.材料

《流浪地球》这本书中具体描绘了发动机的体型和数量:

一万台发动机,每台高达11千米,占地面积3000平方千米,每台发动机产生15亿吨的推力

按照现代建筑学的理论,要建造如此高的建筑,并且还能承受15亿吨的压力,所需要的钢铁量至少要八千万吨,那么一万台行星发动机就需要八千亿吨的钢铁。

而地球上的铁的含量约为8500亿吨,这就意味着即使把整个地球的铁提炼出来,也不过刚刚够建造发动机。

而如果把地球上的铁都提炼出来,地球上的生态系统首先就要崩溃,地质运动也会频繁发生,地表塌陷,人们很难撑到把铁全部提炼出来的那一天。但总的来说,理论上还是可行的。

2.技术

文中提出了“重聚变”技术,我们先来解释一下这个未来技术。

我们都知道原子核是可以发生聚变的,聚变最开始就是由轻原子核开始的,所谓的轻原子核比如氢原子核,氚原子核等等(反应图如下)

轻量原子核聚变可以释放能量,而重原子核聚变就会产生更大的能量,这种重元素在书中是由石头提炼出来的,数量无穷无尽,可以支撑发动机的运行。

对于我们现实世界来说,这种聚变无疑太过可怕,因为对于现在的我们来说,核聚变我们只能让氢原子核进行聚变,而且这种聚变并不是完全被掌握住,让重原子核进行聚变对于现在的我们呢来说无异于天方夜谭。但若是未来科技发生大爆发的话,我们也是有可能掌握这种技术的。

人类能否成功到达比邻星

一.能量

对于整个流浪地球计划,书中描述了两个阶段。

第一阶段是让地球自转停下来。

第二阶段是将地球推向比邻星。

那么地球上的能量到底足不足以将地球推向比邻星呢?

我们先来分析第一个阶段。

1.为地球刹车

我们都知道地球的自转周期是一天,那我们就可以求得地球自转的角速度

而地球的质量为6*10^24千克,要使如此庞大的球体自转停下来,根据现代物理的动能方程我们可以求得

2.地球飞向比邻星

根据书上的介绍,地球与比邻星之间的距离为4.22光年,也就是4亿亿千米。

要使的短时间内飞到比邻星,那么我们就必须使得地球一直在加速,由初中物理我们就可以求出所需要的能量)

我们刚才说了,一万台发动机,每台提供十五亿吨的推力,那么可以算出来地球所收到的合力F=ma=1.5*10^17N

那么就可以求得所需要的能量W

这样算出来整个过程需要的孟良能量为5.9*10^34焦耳

爱因斯坦给出了我们质能方程

E=MC^2

M=5*10^17千克

这样算来,至少需要5*10^17千克的石头才能完成整个过程,而地球的总重在6*10^2

4千克。

所以理论上来说,是可行的。

二.时间

那么我们到底要多长时间才能到达呢?

假设我们一直在加速,加速度为a,前文我们已经求出了合力,距离

那么:

a=F/m=2.5*10^-8m/ss

那么接下来可求得时间t

t=25000年

也就是说,我们需要两万五千年才能到达。

总结

上述的推理相信大家都已经理解了,那么大家也就明白了题主提出问题的答案了。建造行星发动机,理论上来说是可行的,但在实际操作上,根本不可能完成。

首先一万台发动机的建造就可以几乎将地球上的铁耗光,铁质的大量消失必会使得地壳变软,生态系统被完全破坏

而行星发动机产生的15亿吨推力几乎可以把整个地壳压垮,这一定会导致地壳活动剧烈

地震频繁

再其次,地球上的能量,技术均不足。重核聚变对于我们来说几乎不可能完成,一次的科学大爆发也达到不了这个程度。即使达到了,地球的石头如果被消耗了这么多,地球也会被破坏很大。

再从时间来说,需要两万五千年才能到达,这是一个多么漫长的时间啊,漫长的已经完全超越人类历史的长度,几乎不可能完成。

总的来说,要想流浪地球,必须要更加先进的技术,更加合理的方案。

大家怎么认为的呢?欢迎评论哦


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