刘艳增
不可一世的水滴
水滴学名“强互作用力宇宙探测器”,在《三体》中,它是一个无坚不摧的存在。末日之战时,它用最原始的撞击方式,在三十分钟内摧毁了太阳系舰队几乎全部战舰。
为了让读者理解水滴到底有多硬,大刘写道:“水滴不像眼泪那样脆弱,相反,它的强度比太阳系中最坚固的物质还要高百倍。这个世界中的所有物质在它面前都像纸片般脆弱,它可以像子弹穿透奶酪一样穿过地球,表面不受丝毫损伤。”
除了坚硬,水滴还有一个特点——它的表面温度是绝对零度。这说明组成它的分子没有振动,它们牢牢地相互固结在一起,像被钉子钉死了一般。
能让分子这么听话的力,只有强互作用力。
强互作用力是短程力,它本来只作用于核子之间。要想造出水滴,必须增加强力的力程,让它能像电磁力一样,作用在原子尺度上。
三体人是这样做的——“他们在水滴的内部制造了一种力场,这种力场能够抵消原子间的电磁力,使强互作用力溢出。”
所谓“溢出”,就是指在电磁力消失后,原子间的作用由强互作用力接管,它成了钉死原子的那根钉子。所以,水滴内部那个力场,才是关键中的关键。
强力由核子之间互相交换胶子產生。所以,三体人这种魔法般的科技可以这样理解——有两只蚂蚁,它们原本只能在乒乓球大小的空间里交换信息素;但在那个神秘力场的作用下,信息素的交换范围扩大到了整个鸟巢!
“蓝色空间”号通过四维空间碎片进入水滴内部,拆除了它的力场发生装置。之后,水滴表面的强力消失,它立刻变成了一块普通的金属,光滑和坚硬都不复存在。
那么问题来了:如果没有四维空间,人类能够摧毁水滴吗?
这个问题我们暂时放一放,先来看看另一个经常被讨论的问题。“鲁伯特之泪”
有同学灵机一动:听说有一种尾巴长长的玻璃球也很“头铁”,而且它的样子和水滴几乎如出一辙。大刘在写水滴的时候,灵感是不是来自于它?
这位同学提到的这种玻璃球,有一个很浪漫的名字——“鲁伯特之泪”。
“鲁伯特之泪”最近有点儿火,这一方面是因为它神奇的特性,另一方面也是因为这个名字。实际上,它的英文名是Rupert's Drop,命名来自巴达维亚鲁伯特王子。1660年,王子把五颗“鲁伯特之泪”送给了英王查理二世,它们从此闻名世界。
“鲁伯特之泪”的头部非常坚硬。被子弹打中时,子弹被撞得粉碎它却安然无恙;用液压机去压,要加到二十吨的压力才能把它压碎。
这一点,和水滴确实有点儿像。
但“鲁伯特之泪”那个细细的尾巴却无比脆弱,只需用手指轻轻一捏就会断裂。不光如此,裂纹会以五倍音速在它的身上扩散,这个过程让它看上去像是瞬间爆裂开来。
该同学继续发散:那么,我们破坏“鲁伯特之泪”的方法,可不可以用来摧毁水滴?比如,如果尝试攻击水滴最脆弱的部分——那个同样尖尖细细的尾巴——会不会更容易一些?
这就要从物质的结构上去分析了。
“鲁伯特之泪”头部的坚硬,和强互作用力没有任何关系,起作用的仍然是玻璃分子之间的电磁力。
人们用交叉偏振光镜观察了“鲁伯特之泪”形成的过程:熔化的玻璃滴进水里之后,它最外面一层最先凝固,但此刻它的内部还是灼热的液态。这些液态玻璃随着冷却体积开始变小,并拉着已经凝固的外壳收缩,此时外壳和内部受到方向相反的巨大应力。当整个液滴全部凝固后,这样的应力存在于它的每一个分子之间。分子们看上去安安静静,却都被身旁的伙伴死死地扯住,处在一种不稳定的平衡中。一旦这种平衡被打破,它的整个机体立刻就会被无处不在的应力释放所裹挟,那也就是它灰飞烟灭的时刻。
而这个平衡是非常容易被打破的。因为“鲁伯特之泪”纤细的尾部的确没有多少强度,但它却是整体应力平衡中不可或缺的一部分,这个命门就是它躯体内巨大能量的导火索。
假设玻璃的分子间电磁力是一根橡皮筋,那么,“鲁伯特之泪”的头部由于特殊的冷却过程,让这根橡皮筋拉紧了。它的坚硬就来自这种拉紧,它爆开时的惨烈同样是来自于这种拉紧——拉紧的橡皮筋比它松弛的时候,储存了更多的能量。
但说一千道一万,这根皮筋始终只是皮筋而已,它拉得再紧也不是铁链。
电磁力和强互作用力对比起来,几乎就是橡皮筋和铁链的差距。所以,即使是它最坚硬的头部,在水滴面前也完全不堪一击。
三体人能够制造出智子,是因为他们掌握了“维度”的本质;三体人制造出了水滴,是因为他们掌握了“硬度”的本质。
那么,所谓的“硬度”,到底是什么?硬度的本质
硬度,物理学专业术语,是指材料的局部抵抗硬物压入其表面的能力。
简言之,你能被我剪断、划伤、锤破、压入——而我自己完好无损,就说明我比你硬。
事实上,目前绝大多数硬度测试,采用的仍然是“划痕法”和“压入法”。
硬度计把一个极坚硬的合金小圆球,或者一个金刚石锥体,以一定的力压进材料表面,根据材料塑性变形的深度或宽度,来计算出材料的硬度。
敲黑板——“塑性变形”,是指材料被压入后无法再恢复原状的变形,换句话说,它是一种“破坏性变形”。任何被测试材料的硬度,必然要比小球或者金刚石更软,从而它自己先被“破坏”。
那么,用这个硬度计来测试水滴的硬度,会发生什么?
很简单,被破坏的不会是水滴,而是小球或者金刚石。因为,决定“破坏还是被破坏”的核心要素,是各自分子间作用力的大小。
而强互作用力的强度,是电磁力的100倍!大刘的那句“它的强度比太阳系中最坚固的物质还要高百倍”,真的不是随便写写的。
地球上的任何材料都依靠电磁力保持其形态和硬度,面对用强互作用力制造的水滴,它们确实像是“奶酪碰到了子弹”。
有人说:我们有八万吨的超级模锻液压机,八万吨这么大的力,总会让水滴产生变形了吧?
对不起,八万吨的豆腐脑,浇在一百千克的铁锅上,会不会让铁锅损伤分毫?
那么,如果我们攻击水滴纤细的尾部,即使不能破坏它,那能不能“掰弯”它呢?也许“掰弯”了,就能让它失去一部分功能?
抱歉,这同样需要你的“硬度”是足够的。你可以调动排山倒海的力,但“硬度”却是这个“力”的落脚点。如果没有硬度的加持,无论力有多大,最终仍然像无数的鸡蛋遇到石头,最先裂开的是你自己。
归根结底,硬度才是让对方发生破坏的根本。
而硬度的本质,就是双方材料的分子间作用力的类型以及大小。能够摧毁水滴的“武器”
难道在三维空间中,人类对水滴就真的毫无办法吗?
别急,办法肯定有,但是……
我们已经知道,水滴之所以無坚不摧,根源在于其分子被强力所统治。但强力系统并非不能被破坏,事实上,核裂变和核聚变就是核子之间发生的反应。这个过程会产生质量亏损和能量释放,并由质能公式E=mc?所描述。释放能量的大小,则与一个叫作“结合能”的物理量有关。
结合能是粒子间相互作用的能量测度。我们之前说过,如果普通物质分子是由橡皮筋连接,那么连接核子的强力就相当于铁链。破坏橡皮筋需要的能量叫作化学结合能,而破坏铁链的能量就是原子核结合能。
现在,我们假设水滴是由铁原子组成,铁原子核一个个整齐排列在它的表面。我们合理推测:斩断两个铁核之间的铁链,会比直接把铁核打碎更容易些,我们不妨就以后者为标准。
人类能够制造出把铁核打碎的能量源吗?或者说,哪怕是在理论上,存在破坏铁核材料的手段吗(让我们忽略二向箔因果律等武器)?
那么,兵器谱翻翻看。
武器一:高能粒子加速器。
铁原子核共有56个核子,总结和能为481.6MeV①。而在欧洲核子中心的对撞机中,人类已经能够将质子加速到光速的0.999999991倍,对应能量是7000GeV②(1GeV=1000MeV)!可以想见,只要水滴乖乖待着不动,它会在一瞬间被人类加速器中的高能质子束轰成筛子(如果一个质子轰击一个铁原子核,那质子的能量只需要1/7000有效就够了)。
武器二:高压。
铁原子核的平均结合能最高(平均结合能=总结和能/核子数),这意味着无论是聚变还是裂变它都要吸收能量,所以恒星中心一般会有一个稳定的铁核存在,它是恒星聚变的最终产物。但恒星演化并不只有聚变阶段,一旦发生超新星爆发,最终剩下的往往是中子星(或者黑洞)。这时候它的铁核已经不复存在,每个电子都被引力压进了质子之中。这种由巨大引力形成的高压,当然能够毫不费力地撕毁水滴的强力薄膜,可惜的是,这样的高压人类怕是无法创造出来。
武器三:微型黑洞。
在《三体3》中,人类利用环日加速器制造出一个微型黑洞,并在它蒸发前将其射入木卫十三,后者的物质被悉数吸入后,黑洞变成一个稳定的存在。如果人类有能力把微型黑洞发展成武器,就可以驱动它向水滴发起攻击,或者将其隐蔽在水滴的必经路线上守株待兔。水滴在与微型黑洞接触时必然会被吸入,退一步说,即使由于时间太短来不及吸入全部,也一定会破坏掉它被撞击到的部位。之后那个部位的原子将会消失,强力控制下的水滴将会因为力量的失衡而坍塌。
武器四:反物质。
正常物质是带正电的原子核与带负电的电子组成,反物质正相反,它的核外电子是正电子,而原子核却带负电。正反物质碰到一起将会发生湮灭,此时它们所有的质量将全部转化为能量。目前,人类已经具备在实验室初步制造反物质的能力,一旦这些反物质被武器化(在《三体3》中,维德确实制造出了反物质武器),它们将是对水滴最有效的威胁。水滴再坚硬,也不过是由正物质组成,一旦躲闪不及,它就会在反物质的枪林弹雨下灰飞烟灭。
武器五:自相矛盾。
在《三体3》中,人类已经能够在实验室少量制造强互作用力材料(SIM):“只要再给他们十年时间,强互作用力材料就可以大批量生产。虽然水滴的推进系统还远远超出人类的技术能力,但可以用SIM制造常规导弹,借助数量优势,一旦击中就有可能摧毁水滴;或者用SIM建造防御屏障,即使水滴敢于攻击这种屏障,它也变成了一枚一次性的炮弹。”以子之矛,攻子之盾,这才是最直接的武器。
兵器谱或许还没有翻完,但可以确定的是,要想摧毁水滴办法确实是有,但,目前基本上都只存在于理论中。
既然只是理论,那么我们这样的头脑风暴就不必怕三体人听见了吧。即使他们真的听到了,大概率也只会说一句:“ 啊这……主不在乎!”
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