《流浪地球2》背后的科学知识

散粉的火把煌

笔者看了《流浪地球2》，完全被其极富表现力的特效效果震撼了。太空电梯、空间站、行星发动机、数字生命计划、量子计算机、月球危机等等，无论是画面还是展现的科技都是一场视觉盛宴，让人目不暇接。
就单从特效效果来说，100多的IMAX票价绝对不亏，甚至可以说赚到了！
另一方面，观看科幻电影的主要障碍就是其背后科学知识带来的门槛。有时候多了解一些相关的科学知识，对剧情理解会有很大裨益。
作为一个业余科普爱好者，在本文跟各位读者念叨念叨。本文含微量剧透，不影响观影。
为什么会有流浪地球计划

片中有简单介绍，主要是因为太阳造成的危机，会在100多年后毁灭地球，300多年后毁灭整个太阳系。
其背后与恒星的生命周期有关系。
现在的理论认为，恒星的生命周期分为四步：诞生、成年、中年和衰亡。

• 诞生：星云时期
  
• 成年：主序星
  
• 中年：红巨星、超新星
  
• 衰亡：白矮星、中子星、黑洞
  

太阳目前处在稳定的主序星阶段，能够稳定地进行氢的核聚变，并向外释放巨量的光和热。
随着氢元素的不断消耗，恒星会逐渐步入中年期。对于太阳这种质量较小的恒星，在进入中年期后，会成为红巨星。
顾名思义，恒星在红巨星阶段会像吹起的气球一样不断膨胀。根据推算，太阳的可能会膨胀数百倍。届时，轨道更近的水星和金星一定会被红巨星吞噬。
而地球则认为有两种可能：被红巨星吞噬或者被冲击向轨道外偏移。


二者的终局都是地球生命的灭亡，只不过是早晚的区别。即便地球躲过了被吞噬的命运，那么太阳最终衰亡变为白矮星之后，便无法再发光发热。地球失去了太阳这个能量的唯一来源，生命也终会灭亡。
为了避免人类文明毁灭的终局，所以《流浪地球2》中的人类才发起了流浪地球计划，通过行星发动机推动地球飞出太阳系，找到一个仍处在主序星阶段的恒星继续发展文明。
这个悲惨的终局距离现在有多远呢？根据推算太阳的总寿命约为100亿年，目前太阳的年龄约为46亿年。确实离我们太远，无需杞人忧天。
对恒星寿命感兴趣的读者，可以自行搜索恒星的生命周期，电影中提到的“氦闪危机”也能找到答案。
月球危机是怎么回事

我们都知道，质量巨大的天体之间是存在巨大的引力的。而地月之间引力的作用，为月球围绕地球转动提供了向心力。而地球受月球引力吸引，也会产生潮汐作用。
地球和月亮就像两个牢牢绑在一起的两个球，突然猛拽一个球，可能导致其在绑绳的地方被撕裂。就是电影中提到的，在月球未远离地球时开动行星发动机，会导致地球被撕裂。


所以地球开始流浪的重要前提就是与月球解绑，即将月球推离地球，以降低二者之间的引力。
将地球推离地球，原理与将地球推离太阳类似，可不止是直接朝着太阳方向喷射、加速那么简单。这就需要用到航天器发射应用的“引力弹弓”原理。看过第一部的朋友可能已经有所了解。


简单来说，应该是借用月球本身公转的速度，向着月球前进的反方向喷射，让月球的绕行速度不断增加（还记得第二宇宙速度吗？），最终脱离地球的轨道。


而在做引力弹弓的时候，远地点越来越远，而近地点则会越来越近。结果月球的星星发动机就在近地点附近出事了。
电影中反复提到洛希极限到底是什么意思呢？为什么如此重要？
洛希极限是一个源于潮汐力作用效果的天文学概念。1850年，法国数学家、天文学家洛希在研究潮汐效应时发现，任何坚固的天体，在接近另一个比它大得多的天体时，都会受到强大的潮汐力作用而最终被扯成碎片。这个较小的天体会被扯碎的距离称作洛希极限，简称洛希限。它通常是大的天体半径的2.44倍。
地月之间洛希极限的距离约为7400公里，而原本的地月距离为38万公里。因此在推离月球过程中，月球处在近地点的时候，会产生更加强烈的潮汐效应，因此我们可以看到地球的很多城市，如北京、上海、东京等，都被海水淹没了。


所以一旦月球的行星发动机失效，月球便会逐渐坠入地球。
虽然月球已经被核弹解体，但整体仍具备同样的质量。因此月球残骸一旦进入地月的洛希极限，后果可不止残骸坠落。此时再强行启动地球的行星发动机，会造成更强烈的地球撕裂效果。


因此，月球危机可谓是对人类文明毁灭性的打击。
通过数字生命实现永生可行吗？

电影中提到了一个非常有人的技术：数字生命计划，即把人的思维上传到计算机中，让人的思想在数字世界得到永生。这个与当下非常流行的元宇宙也有千丝万缕的联系。
这个计划乍一听非常诱人，并且在电影的世界中引发了大量的骚乱。然而就笔者看来，其存在巨大的风险和陷阱。
想要想清楚这个问题，我们首先要定义什么是“我”。不妨从物质&精神（注：笔者认同不存在灵魂/心灵，其只是基于脑物质活动的一种意识。但是此处不是讨论重点）、时间两个方面来考虑。
从物质&精神方面来说，“我”绝不是一个孤立的肉体或者灵魂/心灵。既包括我们自身（肉体、思想、心灵等），也要包括环境，即我们身处的环境，包括自然环境（如大气、土地、肠道菌群等）和社会环境（国家、文化、社交、家庭等）。
我们不断感知着环境，环境的各种刺激引起我们各种有意识（思考、推理、学习等）或无意识的反应（呼吸、条件反射、应激情绪等）。这是一个有机的、融合的、不可分割的整体。
从时间方面来说，过去的经历形成了记忆，塑造了我们当下的心智模式，也左右着我们未来的选择。
因此“我”的内涵应当包括自身以及所处环境，过去、当下以及未来的“我”。
很显然，将人的思维数字化的“我”，其实并非是“我”的延续。
数字化的“我”显然剥离了人的肉身和环境，不再能有人的五感、激素等感知，那么与环境的关系自然也无法一如既往。在“我”数字化的一刻，便与当下的一切脱离了干系；也许记忆可以完全复刻，与过去的“我”有紧密的联系，然而其未来的一切行为、抉择，必然与未来的“我”不同。
也许其可以称作一种数字生命，是基于“我”的思维诞生。然而并不是创造了新的“我”，“我”更不可能通过数字化得到永生。
再进一步，假使有一种完美无缺的克隆技术，能把“我”的身体甚至身体寄生的菌群完全克隆出来，那么“我”可以通过这种方式实现永生吗？
笔者同样认为不能。
因为这种克隆技术无法完美复刻环境。我们身处的环境不具备一致性，比如地球上不存在空气、光照、引力等一切条件完全相同的时空位置。克隆的“我”具备意识的一刻，感知到的一切就与当下“我”不同，那么必然未来的“我”走上了不同的人生道路。
再再进一步，假使有一种高维文明的技术或者神迹，能完全创造与当下宇宙完全一模一样的平行宇宙，那么这个平行宇宙中的“我”还是我吗？
笔者认为还是不能。
因为目前的物理学告诉我们，“上帝是掷骰子的”，即宇宙一切的运行都是概率性的。
比如说，我们的神经元传导效率低下，且经常导致信号外泄而干扰到附近神经元的工作，普遍认为神经元传递成功率大约在 30% 左右。就是说我们在一切都完全相同的条件下受到完全相同的刺激，做出的反应也往往可能是不同的。
就如同一个机构在做出决策的时候，需要通过电话联系100个决策者，由其同时按动手中的投票器决策。然而，电话线不是完全稳定的，无法保证同时联系到全部的100个决策者，每个决策者得到的信息也可能存在偏差，决策者按下的投票器也不是每次都能生效的……
那么即使对完全相同的事情投票重复投票，做出的决策也往往是不同的。
所以，平行宇宙中的“我”仍然不是“我”。
哪怕时光能倒流到我们出生的一刻，那么再也不会出现完全一样的当下的“我”。
更何况，如果数字化的“我”被认定是“我”，那还活着的“我”怎么办？两个“我”都是“我”，那其中一个“我”犯罪，另一个“我”也应当负责任。
数字生命计划本身就存在巨大的伦理问题，因此电影中只能安排现实中的人死去。
问题是，你是否愿意数字的“我”永生而放弃现实的“我”的生命？
多说一些彩蛋

大刘是笔者的同事，曾经在公司做过一次分享（见《大智若愚刘慈欣》）。对大刘的一句话印象非常深刻，大意是：“我所有的作品，不过是对《2001：太空漫游》拙劣的模仿。”
这个观点大刘也在其他场合多次提及过。了解阿瑟·克拉克的《2001：太空漫游》和大刘作品的科幻迷，想必会对这句话会心一笑。
这既是大刘的自谦，也是事实。大刘在自己的作品中有大量致敬《2001：太空漫游》和阿瑟·克拉克的设定、情节。
在《流浪地球》和《三体》中人类在月球、地球立下的石碑，就是致敬黑色方碑。


《流浪地球2》电影中，提到的那根代表人类文明起源的断裂又愈合的股骨，致敬了人猿发现股骨可以用作武器的情节。


人工智能通过计算而“叛变”人类的行为，也是致敬人工智能HAL9000。甚至《流浪地球2》电影中的550W的形象，也是一种致敬。


还有无论人类通过宇宙战舰还是地球到宇宙探索的整体的故事架构，还是高维智慧生命、外星文明，也都是扎根于《2001：太空漫游》。
总之，《流浪地球2》是一部足以登顶的中国科幻电影，非常值得一看。
笔者观影时实在忍不住，用手机拍了一张照片，以留作纪念，在此分享出来。


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昀离936

嘿，写的挺好，竟然没人看[酷]

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