《流浪地球2》要炸月球？专家：建议冷静

如果说《三体》代表了华语科幻小说的最高成就，那《流浪地球》系列电影就是华语科幻电影中目前天花板式的存在了。苦等了这么多年，终于能看到中国人自己拍摄的硬科幻电影了。一部好电影可以让人们从不同的角度来欣赏和品味，那么一部“硬科幻”电影当然离不开一系列科学知识的支撑了，让我们以《流浪地球2》影片情节为线索，为大家逐个介绍一下撑起整部影片的一个个科学概念吧。

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月球危机是怎么回事？

之前看过《流浪地球》的同学都知道，因为太阳即将寿终正寝，人类需要为自己的家园寻找下一个正值壮年的“太阳”，由此启动了颇具悲情色彩的“移山”计划。给地球安装上万台行星推进器，让“地球号”飞船启航。

但是出发前先要解决一个眼前的问题，就是陪伴我们已久的卫星——月球。地—月系统长期以来保持着稳定的运行状态，月球距离地球的平均距离约38万公里，长期围绕地球公转的月球在地球的引力作用下还形成了潮汐锁定现象，即月球永远只有一面对着地球，而地球和它上面的生物也在月球的影响下产生了很多有趣的现象，比如海水的潮汐，甚至雌性动物的生理周期。想要拆散这样一对相伴已久的天体伴侣可不是一件容易的事情。

在这里我们分情况讨论一下，假设我们决定不管月球，直接让地球启程会发生什么？

那我们先看看地球要往哪边走，如果行进的方向在月球轨道面上或距离近似的话，那么毫无疑问两个天体很快就会相撞。这时有位聪明的同学抢答了，那垂直于月球轨道面向上跑不是就不会和月球相撞了吗？没错，理论上是这样，但是给地球加速肯定是个极其缓慢的过程，在这个过程中月球会一直影响着地球，就像一对要分手的情侣，一个说挥挥衣袖说要离开，另一个抱住大腿哭着说你不要走啊！这还能顺利流浪么？

所以这两个方案都行不通，那怎么办？就像电影里演的，先把月球“请走”。因为地月系统中地球是大天体，月球是小天体，月球围绕地球公转，所以让月球远离地球还是更容易一些，那要怎么做呢？就涉及到下一个问题了。

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02

引力弹弓效应是什么？

让月球远离地球从直觉上说，是不是给月球一个垂直于地球向外的里就可以了呢？实际上并不是，在宇宙间运行的天体，其运行模式主要是受两个关键因素影响，其受到的引力和速度，当围绕着一个圆心稳定运转的天体速度增加时，它的轨道就会逐渐远离它的中心天体，反之亦然。所以，想让月球远离地球，就要让月球加速。

那么怎么加？

仅仅依靠人类给月球安装的那几台卫星发动机加速能力就弱爆了，这时“引力弹弓”闪亮登场了。

引力弹弓是指利用天体引力获得更大速度的原理。在这里我们先来做一个思想实验，想象一下我们如果向一面墙用力扔一块石头，石头撞到墙后会弹开，弹开时的速度是多少呢？在理想情况下是和扔过去时相等的，如果这面墙是在面向你做匀速直线运动，这时再扔一块石头弹开的速度是多少呢？我们研究发现，弹开时的速度是原来石块速度加上墙面运动速度的两倍之和。

我们总结成规则就是两个物体发生弹性碰撞前后的相对速度不变。这其实就是引力弹弓加速原理的基础，但是可以利用天体引力替代弹性碰撞的效果。

苏联科学家尤里·康德拉图克在20世纪初提出了这个设想，人造航天器可以通过精密的轨道计算，故意接近大质量天体，这样就可以利用其巨大的天体引力进行加速，这样可以获得远远超过发动机所能提供的加速能力。

事实上，在人类航天史上已经多次利用过这个原理，1977年发射的旅行者一号就是依次利用了太阳系其他天体的引力弹弓效应飞离的太阳系，我们中国航天的嫦娥五号探测器和天问一号火星探测器都利用了引力弹弓效应进行加速。所以利用了引力弹弓效应的轨道又被称为“星际高速公路”。

这不是挺好的一个结果么？电影中的人类也是这么计划的，他们就通过安装在月球上的卫星发动机让月球的轨道近地点逐渐接近地球，在合适的时机让月球突然加速从而远离地球。如果真的如计划安排的这样进行也就不会引发月球危机了。月球危机的根源就来自于地月关系突破了“洛希极限”。

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洛希极限是什么？

说到这里，先让我们回顾一下恒星以及行星形成的过程。一般来说，这些天体在诞生前都是在一片混沌的星云当中，星云中物质分布并不完全均匀，于是稠密一些的部分就逐渐吸引周围的物质向他靠拢，物质逐渐聚拢而形成了这些天体。由此我们可以看出， 维系一个质量相对较大、已经基本形成球状的天体的物质存在的根源就在于天体中心所提供的引力足够大，可以拉得住周围的物质聚拢在它身边。

这时如果在这个天体附近再出现一个大质量天体会发生什么？如果它们里的足够近，强大的引力就会让小质量天体表面物质受到自身天体的引力小于外部天体的引力，这时小质量天体将会被大质量天体的引力而撕碎。

洛希极限并不只存在于理论计算中，我们太阳系内的邻居——土星，其光环就是因为曾经的一刻小行星闯入土星轨道被撕裂后的形成的。

在电影中的月球危机其根源就是因为某些原因月球离地球太近而突破了洛希极限。

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量子计算机真的无所不能？

拥有自我意识的量子计算机550系列在电影中是个非常抢眼的角色，那么量子计算机真的可以像电影中表现的那样无所不能甚至会产生自我意识吗？

其实我们国家现在已经拥有了“九章”量子计算机，量子计算机是指利用量子力学规律进行高速运算的设备，其算法与我们目前的传统计算机不同，需要利用量子算法。理论上量子计算机可以依靠其远远超过传统计算机的运行速度解决我们目前面临的很多难题，例如复杂的气象预测，核反应等。

但是否能真正解决这些问题还面临着很多困难。首先，人类目前对量子计算机的研究还处于较为初级的实验阶段，其次解决这些复杂问题也不能仅依靠量子计算机超强的运算能力，还需要其他技术的匹配支持，例如需要更先进的传感器技术获取更多数据来源以建立更准确的数据模型等。所以“量子计算机”虽然非常强大，但并不是人类解决未来各种问题的救世主，“无所不能”这个词确实夸大了它的作用。

至于自我意识的问题就更为复杂了，至今科学界对“自我意识”形成准确的概念定义，也没有彻底了解“自我意识”的本质。目前较为普遍的认识是“自我意识”是高级生命体所特有的，虽然现在人工智能、机器学习、神经网络等计算机技术不断涌现，但我相信在生活中体验过所谓“人工智能”产品的朋友们都会感受到，它们似乎并不那么“智能”。

不论是从信息技术、制造技术乃至更底层的材料学等任何领域来看，担心计算机产生自我意识都还为时过早。

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什么是莫比乌斯带？

它在生活中有哪些应用？

电影中还有一个细节被很多细心的观众注意到了，那就是科学家马兆在执行任务前留下的遗嘱，就是一个莫比乌斯带。

莫比乌斯带听起来很酷，其实小朋友都可以很简单的把它制作出来，只需要将一条纸带的一段旋转180度和另外一段站在一起就可以了。

那么这么简单的一个结构有什么奇特之处呢？它的奇妙之处在于我们如果沿着这条莫比乌斯带画一条线，这条线可以不经过纸带的边缘而遍历纸带的每一个面，它的起点也是终点，可以不断循环永无止境，这个特性给我们的科学家和艺术家们以无穷的启发。

莫比乌斯带的特性也有很强的现实意义，最常见的就是传动系统中的皮带结构。传统的传动皮带内侧因为一直与传动轴摩擦会更容易磨损，如果将传动皮带的结构设计为莫比乌斯带的方式就相当于让皮带的每个面均匀的接受磨损，大大增加了皮带的寿命。

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