理论上《三体》中的水滴能造出来吗?
可能很多朋友并不知道《三体》中的水滴是什么“东西”,那么我们先来简单了解下“水滴”;它是三体人派往地球的先行官-探测器,由于其结构和水
刘慈欣小说《三体》里有一个桥段,三体人派了一种无人驾驶的智能飞船摧毁了人类的太空舰队。因为这种飞船的形状非常像水滴,所以给它取名为水滴。
图:三体人的“水滴”飞船
制造“水滴”的材料是所谓的“强相互作用力”材料,强相互作用力由一个位于飞船内的发生器提供。这种材料无比光滑与坚硬。它摧毁人类舰队用“撞”的方式进行。巨大的撞击力对它是毫无影响。
制造“水滴”的关键是材料,这种所谓的“强相互作用力”材料存在吗?
答案是存在的。在宇宙中存在着大量的这种材料。但它们都存在于中子星上。
图:中子星结构,典型的中子星质量在1.35~2.1倍太阳质量之间,半径只有10~20千米,差不多就是一个中型城市那么大
中子星是较大质量恒星燃烧完核聚变材料后,发生重力坍缩后的产物。当恒星的残骸质量大于1.44倍太阳质量(钱德拉塞卡极限),原子的核外电子会被巨大的重力压入原子核之中,与原子核中的质子合并成为中子。这就是中子星的由来。
图:氦4原子示意图,原子核为2中子和2质子构成
由于原子的体积主要由电子所占据,电子被压入原子核后,构成中子星的原子核就会一个紧挨着一个,它们靠得如此之近,使得它们相互之间进入了“强相互作用力”的作用范围。
强相互作用力是4种基本相互作用的一种,也是最强的相互作用。如果它是1,电磁力就是1/137,弱相互作用力就是一百万分之一,引力就是一千万亿亿亿亿分之一。但强相互作用力的作用范围非常小,只有一千万亿分之一米,基本上只能作用于原子核内部。
由于强相互作用力如此强大,使得中子星物质(中子简并态物质)几乎没有间隙,使它几乎是完全光滑的;也使得它的密度十分的大,典型的中子星密度在每立方厘米8000万吨到20亿吨之间。这也是“水滴”如此坚硬的原因。
但是中子星物质离开了中子星的巨大引力场后,就成为了自由中子。自由中子平均寿命约为15分钟,它会发生β衰变,并释放出能量。所以用中子简并态物质制造飞船就需要一个所谓的“强相互作用力发生器”来持续提供压力。
虽然“水滴”的设想是符合物理学原理的,但制造是非常困难的,而且是没有必要的。如此沉重的宇航器需要太多能量来对它进行加速。而“水滴”本身又不能制造得太大,所以能量的储存也是一个困难。
所以,在可见的未来,人类不能和没有必要制造这样的飞行器。