吾有一計,可令《挽救計劃》變成爽劇

來源: 更新:

“高司令(Ryan Gosling)從來不演爛片!”

《挽救計劃(Project Hail Mary)》的確成了這個春天最大的驚喜。和電影一樣,原著小說也是非常精彩,很推薦配合影片閱讀。

這個故事建立在一個虛構設定的基礎上——“噬星體(Astrophage)”,一種太空中的微生物。它會讓太陽變暗,減弱地球所接收的太陽能,所以人類纔要想辦法去解決這個末日危機;而噬星體又能夠當做太空飛船的發動機使用,成了解決這場危機的關鍵資源之一。

沒有看過原著小說的朋友們,在觀影后或許會覺得有點迷糊:這個“噬星體”到底是什麼東西呢?

“噬星體”渾身都是寶

原著對“噬星體”有很詳細的設定:它是一種生命,太空中的微生物,沒有智慧,依靠太陽能生存。這種生物的核心機制,是作者安迪·威爾自稱“故事中唯一真正違反物理學的設定”(僅在量子層面),其餘部分有着科學基礎:

  1. 能量吸收:通過虛構的“超截面性”(super cross-sectionality)特性,能捕獲現實中幾乎不與物質相互作用的中微子,將恆星熱能以 E=mc² 質能方程形式儲存爲自身質量,1g噬星體就蘊含着接近於25000兆瓦時的能量,相當於三峽大壩滿負荷發電一小時,又或者是當量兩萬噸的一顆核彈;

  1. 推進移動:儲存的能量可轉化爲佩特洛娃波段的紅外光釋放,產生反衝動量作爲推進劑,使噬星體能以高達 0.92倍光速在星際間移動;

  1. 能量效率:幾乎可將全部質量轉化爲能量,效率遠超核反應(太陽45億年僅轉化0.03%質量,而噬星體幾乎100%轉化);

  1. 繁殖手段:它需要二氧化碳來進行繁殖。所以它在接近太陽之後就會在吸收完能量之後發出紅外線,移動到金星進行繁殖。

這就解釋了爲什麼在故事中,它會對人類造成如此巨大的危機:歸根結底我們的所有能量來源都是太陽,而噬星體的指數級增長將喫掉太陽能,最終導致人類滅絕。

但是與此同時,它又是一種無限接近於理想的太空航行燃料:除了蘊含極大能量,和可以近乎百分百將質量轉化爲能量之外,它還是通過發射紅外光獲得推力的。在太空當中發動機都需要噴射工質獲得動量,而最基本的牛頓力學已經告訴我們,在噴射工質的質量相同的情況下,噴射速度決定了飛船獲得動量的大小。

火箭發動機的核心指標“比衝”實際上就是衡量噴氣速度,而相對論則告訴我們,宇宙中最高的速度是光速——也就是說理論上最好的火箭發動機就是發射光線的,只不過需要極其、極其、極其誇張的發射功率,而正好噬星體完美的解決了這一問題(原著中設定了特殊的散熱方式)。

所以,故事中高司令乘坐的這艘太空飛船,就能夠依靠2000噸的噬星體燃料飛到12光年之外。

沒有喫掉太陽,只是“大自然的搬運工”

但是!這裏我們就要說但是了:有沒有一種可能,我們並不需要解決這個危機?噬星體並不是來毀滅人類的,而是人類有史以來最大的“大自然恩賜”?

原著裏,地球在撒哈拉沙漠鋪設了上萬平方公里的太陽能板,才攢出2000噸噬星體燃料用來驅動飛船。提出這一構思的那位專家說過:如果不是它要毀滅太陽,噬星體就是人類走的最大的狗屎運。

實際上,噬星體真正的價值遠不止作爲一次性的飛船燃料。如果這種生物真的存在,它將會幫助我們獲得無限的能源。

在原著設定中,噬星體的特點是:它的“體溫”是96.415℃,將會吸收外界一切高於此溫度的能量,轉換成質量,然後發射單一、精確的波長25.984微米單色紅外光。那麼,一個很自然的想法就是:我們要麼就使用光伏板吸收這種紅外光;或者,用人類最古老的技術:燒開水,也就是加熱工質推動輪機發電。然而目前我們並沒有發明出一種十分高效的能夠吸收近紅外光的光伏材料,就算發明了,轉換率也不會超過30-40%。

那麼我們就直接用噬星體燒開水怎麼樣?

我們可以構想一種名爲“閉式熱機”的方案。簡單來說,就是將噬星體封裝在特殊的真空艙內,讓它持續發出紅外線,但不接觸任何氣體。這些紅外線被艙壁吸收後加熱工質——比方說,水蒸氣,推動渦輪發電。

想到這裏,出現了一個新的老問題:傳統的燒開水效率也不高,也是最多能夠利用40%的能量,效率還是太低了,怎麼辦?

這裏我們再次回顧噬星體的妙妙特性:它能吸收96攝氏度以上的所有熱量並用來維持自身生存。這意味着,發電過程中產生的廢熱可以被噬星體回收,作爲它繼續發光發熱的能量來源(這種類似永動機的推論有悖熱力學第二定律,但“噬星體”的科幻設定特徵就是如此)。那麼,根據熱力學,這就構成了一個理想的卡諾熱機,那麼這個卡諾循環的效率就單純的根據熱端和冷端的溫度差來決定(公式是效率=1-冷端溫度/熱端溫度):冷端的溫度就是固定的96攝氏度(約369開爾文),效率只取決於,我們能夠將熱端的溫度提到多高——在這種情況下,超超臨界的水蒸氣溫度600攝氏度就不夠看了,我們可以使用氦氣作爲工質,將氣體工作溫度提升到4000開(現實中幾乎還沒有發現能承受如此溫度的材料),於是,我們就獲得了一種恐怖的效率接近90%的發電機,遠超人類現有的任何能源技術。甚至,如果我們展望更遠一點,還可以使用磁流體發電機:高溫電離氣體(等離子體)通過磁場時,洛倫茲力分離正負電荷,直接產生電流,無需渦輪機或活塞。這種發電機的熱端溫度將超過10000開,進一步將效率提升到95%以上。

更重要的是,這種能源幾乎是無污染的。噬星體通過質能轉換釋放能量,不產生二氧化碳,不排放硫化物,也沒有核廢料。唯一的“排放物”是它在發電過程中損失的質量——但這點質量相對於它蘊含的總能量來說微不足道。一克噬星體發出的電能,足夠一座大城市使用一段時間,而它的質量損失還不到千分之一毫克。

等等,戴森球這不就來了麼?

接下來是更宏大的構想:戴森雲。

原著中,人類爲了收集2000噸噬星體,不得不在撒哈拉沙漠鋪設了上萬平方公里的太陽能板。這個思路其實侷限了——既然噬星體在太空中可以直接吸收恆星光,我們爲什麼要把它限制在地球上呢?

想象一下,在地球軌道上,或者更遠的太空中,部署數以萬計的自動化噬星體培育站。每個培育站都是一個巨大的透明薄膜結構,內部是精心控制的真空環境,漂浮着噬星體種羣(二氧化碳可以從地球運輸上去)。這些培育站直接面向太陽,讓噬星體盡情地吸收光能,增加質量。由於太空中沒有重力,也不需要考慮佔地問題,這些培育站可以做得極大,數萬平方公里只是起步價,卻只需要極少的結構材料支撐。

當培育站中的噬星體“喫飽”了,也就是達到了能量飽和狀態,自動化系統就會將它們收集起來,轉移到附近的發電單元。在那裏,噬星體被安全地封裝在燃料艙內,直接運送回地球,然後通過上述的發電機發電。

是的,一個戴森球的變形。傳統的戴森球設想是用固體殼層包裹太陽,收集所有光能,但那樣的工程浩大到幾乎不可能實現,而且殼體本身的重力應力會撕裂任何已知材料。但用噬星體來構建戴森雲就現實得多:我們不需要建造堅固的殼層,只需要發射大量輕質的薄膜培育站,讓它們像雲一樣漂浮在太陽周圍。每個培育站都是獨立的,可以模塊化製造,批量發射。

隨着技術的成熟,這種戴森雲可以逐步擴展。最初只是在地球軌道附近部署幾個試驗站,然後擴展到火星軌道、木星軌道,最終形成一個稀疏但巨大的網絡,包裹整個內太陽系。這些培育站收集的太陽能不再是直接轉化爲電能,而是先轉化爲噬星體的生物質能——也就是質量。這種能量儲存方式比任何電池都高效,儲存密度高出十個數量級。

當戴森雲完全建成後,人類將擁有近乎無限的能源。太陽每秒輻射的能量中,被噬星體捕獲並轉化儲存的部分,可以輕易地滿足人類未來數千年甚至數萬年的能源需求。而且,由於噬星體本身可以作爲飛船燃料,這些分佈在太陽系各地的能源站同時也是星際艦隊的補給站。飛船不再需要攜帶全部燃料出發,而是在航行途中不斷從戴森雲節點補充“新鮮”的噬星體燃料。

這種能源系統的另一個巨大優勢是它的可調度性。傳統的太陽能和風能受限於天氣和晝夜,但分佈在太空中的噬星體培育站可以全天候工作。地球上的太陽能站還要考慮白天晚上,太空培育站並不需要。當某個區域需求激增時,儲存在的噬星體燃料可以立即投入使用,不需要像核反應堆那樣緩慢啓動。

從更長遠的時間尺度看,噬星體甚至可能幫助人類改造其他行星。比如金星,設定中噬星體的繁殖基地,這顆行星有着濃厚的二氧化碳大氣和極高的表面溫度,對人類來說是地獄,對噬星體卻是天堂。我們可以主動向金星大氣層投放更多的噬星體種羣,讓它們利用金星豐富的二氧化碳繁殖,同時吸收太陽輻射。這不僅能降低金星的溫度(因爲噬星體截獲了原本會加熱地表的陽光),還能產生巨大的能量輸出。

最終,我們甚至可以用噬星體引擎將金星多餘的二氧化碳質量發射到太空,逐步改造這顆行星的大氣成分。屆時,人類將把金星整體改造成一個巨大的噬星體培育站,光是金星所獲得的能量就足以輕鬆地彌補掉地球損失的能量。

“完美”的爽文結局

回到最初的問題:噬星體真的是末日嗎?從能源的角度看,它更像是宇宙送給人類的一份禮物。它解決了人類文明發展的根本瓶頸——能源密度。化學能太弱,核能太危險,太陽能太分散,而噬星體提供的質能轉換,恰好處於“足夠強大又足夠可控”的甜蜜點上。

當然,這一切的前提是我們要學會與它共處。我們必須建立比核安全更嚴格的生物安全協議,確保這些微生物永遠不會出意外——畢竟它的能量密度接近反物質,1g就有一顆核彈的能量,比核彈還要危險上億倍。我們需要發展磁流體技術、閉式循環技術,以及自動化的太空培育技術。這些都是巨大的挑戰,但與獲得的收益相比,這些投入微不足道——當然,到那個時候人類再發射幾艘恆星際飛船,前往12光年以外的天倉五,尋找噬星體的起源和天敵以更好的控制它們,也不是不可以嘛。

那麼我們可以這樣說:小說裏的那個將會滅絕人類的太陽危機,實際上是不會發生的。假如噬星體真的存在,以人類目前的航天技術和工程技術,再加上對噬星體生命機制的深入研究,只需要數十年,人類就可以在軌道上建立起第一座噬星體培育站,再過數十年,人類將正式邁入卡爾達肖夫指數中的I型文明——能夠利用母星全部可用能源的星際文明。

而這一切,可能都始於那場看似毀滅性的“太陽變暗”危機。就像那位太陽能專家說的,如果不是它要毀滅太陽,噬星體就是人類踩到的最大的狗屎運。現在,我們有機會把它從災難變成階梯,踩着它走向星辰大海。屆時,孩子們在學校裏學到的將不再是“石油時代”或“核能時代”,而是“噬星體紀元”——一個人類真正掌握質能轉換、擁有無限能源的黃金時代。

作者:鄧思淵

編輯:臥蟲

科學審覈及建議:Steed

封面圖來源:Giphy

內文插圖來源:Giphy和Nano Banana生成

本文來自果殼,未經授權不得轉載.

如有需要請聯繫[email protected]

點個“小愛心”吧

相關推薦
請使用下列任何一種瀏覽器瀏覽以達至最佳的用戶體驗:Google Chrome、Mozilla Firefox、Microsoft Edge 或 Safari。為避免使用網頁時發生問題,請確保你的網頁瀏覽器已更新至最新版本。
Scroll to Top