华附孩子问：地球真的能流浪吗？
The following article is from 华附初语 Author 颜文茵老师
你打开了 华南师大附中
第447次图文，今年第58篇内容
这几天，一篇文章的截图悄悄刷屏了华附朋友圈。
科幻小说和大刘，一向是华附学生的心头好。所以你看，这些年大刘的《三体》一直毫不夸张地雄踞华附图书馆借阅排行榜冠军：
今天，在物理科组和语文科组的通力合作下，我们完成了下面的一个小小的采访，让我们来看看，华附的一名初三孩子关于近期科幻热点作品《流浪地球》的思考——
大刘刘慈欣2008年的一篇科幻小说《流浪地球》最近因同名电影的热映而受到广泛的关注。故事讲述太阳即将毁灭，庞大的地球逃脱计划开始实施，人类最终选择了在地球的一侧安装上巨大的地球发动机，把整个地球作为移民方舟，以此逃离太阳系，前往新家园的“流浪地球”计划。小说紧张的情节、奇特的想象、对人性深刻的叩问无不让书迷们大呼过瘾。
然而，“一千个读者眼中有一千个哈姆雷特”。
在华南师大附中，就有这么一位热爱物理的初三学生姜天浩同学，从物理学的角度思考“流浪地球”计划是否可行……
小编
为什么会思考这个问题？
科幻，顾名思义，是在科学之上有着不可或缺的幻想。也就是说，科幻作品虽然有一定的科学知识，但为了剧情的发展，在整体上，还是以理想、梦想和幻想为主，以使故事朝一个人们喜闻乐见的方向发展。
比如前一段时间比较流行的《三体》、《银河帝国》等，虽然是以一个灾难时期为背景，但是，人类最后总是能逆转科技巨大的差距，凭借各种不那么科学的力量，取得最后的成功。
然而，科幻作品固然有其文学价值和科普价值，当一个有趣的故事看看也挺好，但是对于其中的科学知识，尤其是前沿、高端方面的技术，应持有怀疑的精神，不能不经分辨就完全相信。
这部《流浪地球》也是一样，地球将面临太阳的氦闪，想要装上发动机逃出太阳系。这固然是一个令人热血沸腾的奇幻设想，但是如果用物理的眼光看待：
地球究竟能不能成功躲避灾难？
地球会不会因为逃离过程中的一些行为，而引来更大的灾难？
出了太阳系，在冰冷的茫茫宇宙中，地球又可能会遇到什么？
这一切真的像书中所写的那么理想那么美好吗？
——姜天浩
初三1班 姜天浩 |
《流浪地球》中的物理硬核知识性错误
华南师大附中初三1班 姜天浩
1．运用弹弓效应时忽略了洛希极限
木星质量为1.90×1027千克，地球质量为5.98×1024千克。根据电影中数据，在试图利用木星的弹弓效应时，木地最近相距7万千米，约合十一倍地球半径（地球半径约6378千米）。此时在万有引力方程中，木星对地球的引力比之地球自身对自己的引力来说，质量约为300倍，但距离（连上木星自己的七万千米半径）只有差不多20倍，平方之后也不过四百来倍。也就是说，地球的内聚力只剩下不到四分之一，这已经超过了理论洛希极限，这样小的内聚力是不够阻挡地球自转的离心力和分子向外自由扩散的趋势之和的。这将会导致地球先是大气向木星泄露，然后是没有固定住的物体和松软的泥土。
当外壳破损到一定程度时，同时发生的将会是地心和地幔内的岩浆、高温熔融态物质和高温高压气体猛烈喷出。随着地球质量的减小，这种趋势会越来越严重，直到最后，地球会像一个气球一样，发出“嘭”的一声，然后裂成无数个碎块。
这种错误的发生主要是因为这部电影太过理想化，在地球离开时想给它尽可能大的动能，所以利用上了弹弓效应，但忽略了其需要物体无比坚硬的前提，以后同学们使用时一定要注意哦！
注：
①弹弓效应：只利用较轻行星在绕较重行星做双曲线运动时，理论出入相对速率不变，通过逆（着较重行星运动方向）进顺出，额外获得不超过较重行星两倍运动速率的速率，从而节约能量的方法。
②洛希极限：指一个行星进入另一个行星或恒星轨道保证自身不解体的最近距离。
2．地球绝对不能停止自转！这是电影中最大的一个硬伤。
首先，地球自转速度约为465米/秒，再代入半径6378千米 ，质量5.98×1024千克，会得到自转能量约为2.57×1029焦耳，约合4×1012千克质量的物体，换算成万分之十五能量利用率的核反应，也要3×1016千克物质，就算刹住只需要十分之一的能量，那也是极为可怕的。
其次，地球在停止自转的过程中，会引发海啸、飓风甚至是地质变化、板块剧烈漂移和撞击，破坏生态环境。
但这些都不是最可怕的，众所周知，地球无时无刻不受到太阳风的冲击，是地磁场保护了它和它上面的生物。但是，地磁场和地球辐射带是与地球的自转分不开的，地球的自转停止将会导致地磁场和辐射带产生巨大变化——甚至彻底消失。这将会使地球毫无保护地暴露在太阳风的侵袭下，任何电子设备都会受到强电磁干扰——大多数设备在此时都会完全失灵，这种辐射的危害将不是大气层、地壳甚至是人类现代科技可以阻挡的。
3．地球发射所需的动量过大
大家都知道，如果飞船想要发射出去，特别是到第三宇宙速度的高速，是需要喷射很大质量的燃料和物体来反冲加速的，这个质量大概是一倍的飞船质量。同样的，地球想要发射出太阳系，根据其中提到的当时稳定的最高相对发射速度——一百多千米每秒，也只有十来倍的第三宇宙速度，也就是说，如果想要加速到第三宇宙速度，地球要反向喷射出至少十分之一的质量。这些质量一旦喷射出去，就无法再收回来。
再加上溅射、能耗等，地球极有可能损耗超过五分之一的质量，这会使地球的重力、地质产生极大的变化。人是在十米每平方秒的重力下进化出来的，绝大多数人在骤然变小了五分之一的重力下生活，将会面临的是疾病甚至死亡。
更何况在日后的流浪过程中，地球每次遇到小行星迎面而来，要想变向躲开（且不论可不可行），同样要付出巨大的质量作为代价。在那种时候，地球上每一克物质的价值都会是无比珍贵的，是我们现在无法想象的，如果在短时间内没有研发出更好的科技，在百年之内，地球就会耗完它所有的质量，变得一无所有，最后剩下的一点点因为没有了引力，解体成无数块。
所以，在当时的科技下，这整个流浪地球的计划的可行性是非常低的，但刘慈欣给了它一个具有浪漫色彩的成功。
结 语
首先，《流浪地球》作为一本小说，而且是一本科幻而非科学性小说，有其在物理上不严谨的地方，但其在文学、艺术和科普上有着无可否认的价值，本身更是一个巨大的成功，如果不像闲得发慌的作者一样细究的话，它甚至可以说是完美的。其中所有物理上的不严谨，都是为了情节服务。
毕竟那么高大上的情节、那么恢宏的背景，是谁也没经历过的，谁都不可能设计得完美无瑕。能做到像大刘这样，在大体情节上具有科学性，并将“弹弓效应”、“核聚变”一系列很多人在大学也接触不到概念传递给普通老百姓，已是很少有人能做到了。所以我还是想推荐一下这本书。我相信，这本书无论对于文科还是理科生，都会有不小的帮助。
但是，这也给了我们一个警示，浪漫的小说可以有不严谨的地方，但是我们的学习工作不可以！如果日后从事科研性的工作，那更是不可以！！！万一以后地球真的要飞，飞到一半却爆炸了，那可一点都不好玩。
所以，以后我们在运用物理上的公式、定理和方法于实践时，一定要注意前提，不能习惯性地当作刚体、质点、无摩擦、无空阻、理想气体等处理了，在计算时，一定要注意极限拉力、极限向心力等边界条件。否则，一个不慎，带来的可能就是无法挽回的后果。
最后，如果你有耐心地看到了这里，那么说明你还是对物理很有兴趣的。祝愿你以后在物理学习中一帆风顺、天天向上。也祝愿你在竞赛上能取得好成绩，实现心中的梦想！
姜同学的指导老师
物理科组周红霞老师如是说
《流浪地球》这部电影我们是期望已久的了，所以，无论制作出品如何，作为科幻迷都是要第一时间去影院力捧的呀！
与以往看到的科幻片不同，这次不是去太空冒险，也不是外星人来袭，更不是灾难天气降临，这次……咱们要和地球妈妈一起出去“流浪”了呀！——什么？！“流浪”？！听起来很炫酷、很带感，这是一个了不起的猜想！！！
但是……当我真的坐在影院观看这部影片时，感觉就不是这样了。
首先，让我感到比太阳奶奶老了更大威胁的是地球的停转啊！且不说停转需要多少年的时间、“刹车”装置要如何设计，俺们要知道地球妈妈就像是个“鸡蛋”，哪怕“蛋壳”（地壳）停止转动了，地壳内的“蛋白”（地幔）和“蛋黄”（地核）由于质量比蛋壳大得多的多，且具有流动性，所以是无论如何也不会停转的呀！
牛爷爷的三大定律告诉我们，如果“蛋白”和“蛋黄”继续转下去，遇到坑坑洼洼、凹凸不平、千疮百孔的“蛋壳”，那个破坏力可比“鸡蛋碰石头”更恐怖啊！不等出去溜达，地球自己已经先爆炸了！
至于接下来的木地大反弹那更是夸张得令人窒息的猜想，至于为什么？大家看看天浩写的文章就明白了。
所以说，这部电影咱们只能当艺术作品来看看，这个猜想玩得有点大了，不能拿来做高考题和中考题啊！
咱们还是乖乖地坐在地球上看潮涨潮舒、日出日落，听霞姐上课吧！
写在最后
小编认为，阅读与思考是一件很快乐的事，比起结论，这个过程可能更加可贵。文科和理科之间也许根本没有想象的那么泾渭分明。
如果你也对这部小说感兴趣，欢迎在文后留下你宝贵的意见和看法！
▌资料提供：物理科 周红霞老师
▌编辑综合：语文科 颜文茵老师、李芸老师
▌转载自：公众号“华附初语”3月7日
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