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第13章 技术附录

作者:美-罗伯特·L福沃德 当前章节:6931 字 更新时间:2026-6-6 06:41

以下节选自皮埃尔·卡诺·尼文作品《拜访中子星邻居》,由百澜堂星际出版社出版。出版地点:地球纽约,火星华盛顿;出版时间:2053年。这部书于2053年获得诺贝尔文学奖、普利策奖、雨果奖、星云奖,和墨比斯奖(1),是历史上唯一同时获得以上奖项的书籍。

龙蛋

龙蛋是奇拉的母星。这个诗意的名字是人类起的,因为这颗星星正好处于天龙座尾部,仿佛大龙在巢里下了一个蛋似的。凑巧的是,奇拉也管自己的家园叫“蛋星”,因为这颗星星发出光和热,是奇拉生命的源泉,就像他们生出的蛋一样温暖光亮。

跟大多数中子星一样,蛋星旋转速度很快,因为它个头不大,直径只有20公里,却是由一颗直径达数百万公里、缓慢旋转的红巨星压缩而来。红巨星绝大部分的物质、磁场和角动量,都保留在中子星当中。龙蛋的表面重力达到地球的670亿倍,极地磁场强度达到万亿高斯,每秒旋转速率为5.0183495转。所以,蛋星的一转,大约相当于地球的一百万分之一天。这一百万比一的比率,似乎同样适用于奇拉的生命过程。我们的中子星朋友思考、说话、生长和死亡的速度,都比人类快一百万倍。

相对时间尺度

因为奇拉有12只眼睛,所以他们使用12为基础的计数系统。奇拉的时间单位列表如下,同时附上大致相等的人类时间长度(根据奇拉平均寿命和人类平均寿命换算)。

我们的中子星朋友

在人们想象的外星生物中,很难有比奇拉更加“外星”的。普通奇拉的重量与普通人类大致相等,约70公斤。但是,奇拉体内的原子核都失去了电子云,因而紧密结合在一起,形成奇拉微小而致密的身体。这具身体被极高的重力压扁,又被极强的磁场抻长,变成椭圆的煎饼形状,直径约半厘米,高度约半毫米——只比芝麻粒大一点点。

奇拉身体强韧柔软,底部有蛞蝓似的足盘。不过,跟蛞蝓不同,奇拉可以朝任何方向自由移动。奇拉有12只眼睛,分布在身体顶部四周,提供360度的视野。跟蛞蝓一样,这些眼睛也竖在眼柄上;但因为蛋星的高重力,奇拉的眼柄比蛞蝓更粗。蛋星表面温度为8200K,辐射出紫外线和软X光,奇拉利用这两种光来视物。

虽然外表奇特,奇拉却不是丑陋可怕的怪物。与之相反,奇拉与我们成了朋友。窃以为,奇拉的友好跟它们微小的个头有关系。还有一个原因是:地球上的任何资源,包括地球本身,它们都用不上。它们那超致密的核子身体,一碰之下,就能摧毁任何普通物质。

中子星生活

中子星生活与地球生活极为不同。不过在我们的奇拉朋友看来,他们的生活非常舒适。中子星的重力是地球的670亿倍,意味着星壳上的任何建筑都必须低矮壮实。而万亿高斯的磁场则会抻长任何顺着磁场线的物体,同时让穿越磁场线的移动变得十分困难。龙蛋的两个磁极位于赤道附近,是中子星相对的两端,叫作“东极”和“西极”。在两个磁极的中点,磁场线与星壳表面平行。所以,奇拉觉得沿着东西方移动,比沿着南北方移动容易。

地球上有些我们习以为常的东西,在中子星上并不存在——比如太阳。地球上的白天,太阳射下光和能量,使我们得以存活;夜晚则黑暗寒冷。所以,地球的绝大部分生命形式都在夜晚入睡。而在蛋星,奇拉赖以存活的光和能量均由星壳辐射上来,所以蛋星上从来没有黑暗,蛋星的生命形式也没有发展出睡眠。他们没有卫星,所以时间单位里没有“月”。他们的母星不会绕着某颗恒星公转,所以没有“年”。他们唯一的自然时间单位,便是天空中固定恒星的转数。所以,他们的星星一“转”,相当于我们的日夜一“天”。

奇拉没有灯、蜡烛、壁炉、手电筒,因为蛋星表面没有黑暗与寒冷。哪怕洞穴内部也一样——洞壁发出的光芒会照亮洞穴。因为重力太大,奇拉没有壁挂画、铰链门窗、翻页书、屋顶(奇拉世界的任何东西,一般来说都没有顶)。他们没有飞机、气球、风筝、口哨、扇子、吸管、香水、肺,也没有呼吸,因为没有空气。蛋星上的大气由少数电子、铁离子或其他典型星壳核子组成。他们没有雨伞、浴缸、淋浴、抽水马桶,因为蛋星上没有雨,也没有小溪、湖泊和海洋。

现代奇拉的生活并不单调。尽管奇拉因为身体灵活柔韧,形状不定,所以不用衣物覆盖身体,但他们也会装扮。哪怕是未受教育的奇拉,也会用体彩遮蔽裸露的身体。现代的荧光液体水晶体彩会放射出各种不同光线,使得转宴前高峰期的街道鲜艳夺目、五彩斑斓。受过良好教育的奇拉,在离开宅院之前,一定会首先在覆膜抓握括约肌中放上一套六个徽章,表明他们的职业和等级。如果出席欢庆场合,徽章可以由珠宝代替。或者,保留覆膜上的徽章,在12个眼柄上都套上珠宝环。

图1:典型早期奇拉宅院

图1展示了普通奇拉宅院的一角。墙上有画,是直接绘制上去的。房间里有书,形式皆为卷轴,存放在卷轴墙中。房间里有软垫和靠垫,但不用来睡觉——奇拉没有睡眠——而是用来休息和阅读的。房间有窗户,但窗上没有玻璃,因为没有热空气或冷空气需要隔绝。如果奇拉需要隐私,他就会拉上水平的推拉遮窗板。宅院有门,同样是轨道推拉门。尽管现代奇拉多用核动力的精密计时器,但跟地球一样,老式的摆钟在蛋星上也能运作——只要有坚固的外框,在高重力下撑住钟摆就行。在地球上,一米长的钟摆,其摆动速度缓慢,一秒钟才滴答一次;在蛋星上,一毫米长的钟摆,一瞬间就滴答三次。图1右侧是奇拉最喜欢的宠物,一只长毛悄悄。

奇拉属于卵生。他们会把蛋生在部落的孵化圈里,所以奇拉没有家庭单位,每个奇拉都跟自己的宠物单独生活。大多数奇拉选择悄悄作宠物。蛋星上有很多不同种类的悄悄,就像地球上有众多不同品种的狗一样。

普通的混血悄悄毛发很短,呈椭圆形,依靠足盘移动,有12只带眼柄的眼睛。尽管大多数奇拉不肯承认,但除了毛发和低得多的智力,悄悄跟奇拉雏仔的长相和举止十分相似。这情景如果换到地球上,就是猴子代替猫和狗,成了最受欢迎的人类宠物。

跟高度相比,奇拉的身体异常宽大,很占地方。他们没有地下室和高楼来增加容量,所以奇拉的家宅和工作宅院均占地宽广,墙壁直接立在大街上,和地球上旧时老城区一样。

图2:迅猛攀登市的街道俯视图

图2展示了迅猛攀登市内典型的奇拉街道,图片用的是建筑图纸式样。图上远处能看到东极山脉,右边升起的则是南侧悬崖,标志着南侧断层线。主街是东西向的,街道两侧的宅院都紧邻着“滑行道”。东极附近的磁场从地面笔直冲上天空,无论朝哪个方向移动都很困难,所以这里的街道彼此成直角。至于远离极地的城市,比如首都光神天堂,难行的“竖向”街道跟易行的东西向街道成30度或60度角。在竖向街道移动时,奇拉会用身体贴住滑溜溜的墙壁,让身体跟无处不在的磁场呈某一个角度,用力往前推,以到达下一条足盘容易波动的东西向街道。

城市还很小、交通尚未出现问题时,奇拉就已从人类这里了解到交通堵塞这回事。所以奇拉的街道很宽,中间划着双黄线,足以应付转宴滑翔车高峰。

每个奇拉的宅院,都会占据单独的街区(在光神天堂,“街区”是菱形或三角形的)。街道的数字名牌嵌在宅院墙壁的角落里,宅院的入口则铺有主人的名牌,名牌上同样标记着街道数字,加上宅院主人的名字。图左的宅院是现代样式,有半圆形的挖空窗户,还有带墙壁的内院,院子里长着三柱树。图右的宅院是老式风格,窗户是简单的方形,也没有内院。

蛋星植物

图3:阳伞花

蛋星上的植物用根系从热星壳中提取能量为食,然后把废热排向温度较低的天空。图3展示了一种重要的生命形式:阳伞花,也叫花瓣-荚子植物。阳伞花只有一条主根,深深扎入星壳。从主根分出12根强壮、弯曲、紧紧压在一起的成员,或者称为“树干”。这12根枝条借着压力线紧紧连在一起,捆在中柱上。每根树干之间、整株植物的顶端,都张着薄膜“皮肤”。顶部的薄膜对着冰冷的天空,所以具有高度的放射性,颜色较深。每根树干的末端都有花粉喷嘴和接口。

奇拉是从阳伞花进化而来,体内仍然保留着植物形式的基因。如果对他们的“荷尔蒙”平衡进行恰当的干涉,他们就

失去移动性,溶解体内肌肉,变形为大株阳伞花——龙草。

图4:三柱树

如果再次进行反向干涉,龙草就能再次变成拥有崭新年轻身体的奇拉。不过,新身体内包容的大脑和神经系统却跟从前一样——这两者都不受转化的影响。这种动物-植物-动物的转化过程,让奇拉拥有了恢复青春的办法。

图4中还展示了另一种重要的植物形式——三柱树。跟地球上的榕树一样,三株树也会伸出次级树干,主干和次干会长成相连的三柱系统,中间连着薄膜和压力纤维。

图5:夹角花

第三种重要植物是夹角花——就是著名的网络建筑公司的商标。夹角花多生于东西磁极山区的岩石裂缝中。不过这种山区植物十分顽强,无论在城市还是小镇,家中或办公室,它都能在角落或缝隙中欣欣向荣。如图5所示,夹角花会利用岩石或岩架,为自己提供力学支撑。夹角花的主根扎在夹缝底部,沿着夹缝角落一路往上,爬到顶部,然后伸出宽阔的表面根,抓住夹缝的两边。接着,表面根会生出多条压力纤维进行固定,就像地球上房间角落的蜘蛛网一样。纤维网络撑起一张薄膜,薄膜上表面具有高度放射性,能排出废热,散逸到冰冷天空。薄膜下表面则呈银色,以反射灼热星壳辐射上来的热量。

星震

在没有空气的蛋星上,奇拉唯一的“天气”便是地震。更确切地说,量级小的称为“星壳震”,量级大的称为“星震”。地球上的大地震能达到里氏八级以上;中子星上的大星震,换算成里氏标准可达到16级!

我们近距离亲历了一次星震。当时,有些仪器还能工作,进行了测量记录,让我们更加了解大星震的模样。在一本屠龙号成员所著的书(尾注1)中,我们总结记录了目前对星震的理解。该书已于最近出版。我们的发现与这一领域已发表的古老观点并无显著不同:都探讨了星壳中的能量振动如何传导到磁极,接着传导到稀薄大气中的电子和离子,以及小规模星壳震动如何引起核心坍塌(也就是星震)。不幸的是,哪怕能够通过小震动预报大星震,对我们当时在场的人类也没多大用处——星震从开始到结束,还不到一秒钟。

超致密机器

图6:质量的潮汐加速度

奇拉拥有超致密的身体,生活在超致密的世界里,自然也发展出了超致密机器技术。这种技术远超我们现阶段的理解能力,唯有爱因斯坦及其他科学家的理论,能为我们提供某些线索。当然,哪怕只是乘坐飞船“屠龙号”靠近龙蛋,我们人类自己也得造出某些超致密机器才行。

如图6所示,想要从近处了解中子星,人类会遇到一个基本问题。如果我们的飞船位于中子星外的轨道上,高度为h,而中子星的质量为M,半径为R,那么唯有飞船正中心的重力为零,处于自由落体状态。飞船中其余物体(比如船员),都会受到潮汐力的影响。每位船员受到的潮汐力加速度a的大小,跟此人与飞船质量中心的距离l成比例。

图7:六星体潮汐平准器的潮汐加速度

我们希望屠龙号能停留在蛋星上方406公里高处。这里是中子星的同步轨道(意思是说,在轨道上绕一圈的时间,跟中子星自转的时间相同)。在这个距离上,尽管轨道运动能抵消飞船中心的重力吸引力,但飞船中其他位置仍存在潮汐力造成的加速度。在朝外指向中子星半径的方向上,达到每米200倍地球重力;在朝内、中子星切线位面处,达到每米100g。

为了抵消这种潮汐力,圣乔治号的船员建造了潮汐平准器:由六个超致密星体组成圈环,围绕在飞船四周。如图7所示,星体环中央的潮汐力模式与单个星体之上的潮汐力模式正好相反。所以,只要调整质量m和圈环的空间半径r,我们就能抵消中子星的潮汐力,靠近中子星,收集可靠的科学数据。

图8:双潮汐力增强星体的潮汐加速度

后来,奇拉想要收缩星环圈。一旦星环圈收缩,平准星体的潮汐力就会强过中子星,对人类造成伤害。所以就必须“增强”中子星的潮汐力,让中子星与星环圈的潮汐力之和接近零。如图8所示,用来增强中子星潮汐力的,是两颗“潮汐力增强星体”。这样的排列办法,不会给两颗星体中间的物体增加净重力,所以两颗星体之间的物体的轨道参数不会改变。不过,在零重力点之外的其他位置,引力加速度会增加,增速跟单个星体受到的引力潮汐增速一模一样。如果想要进一步了解致密球体的布置方式如何抵消或增加引力潮汐,可以参见一篇主题为“如何在地球附近制造微引力区域”的古老论文(尾注5)。

中子星的引力潮汐,以及应对这种潮汐力所需的平准星体和增强星体,牛顿本人恐怕也能理解。不过,如此超致密的星体和机器的存在本身,则会让牛顿十分惊讶。不过,奇拉还有更令人惊叹的超致密机器。我们已经知道,奇拉的机器所用的技术,尤其是高度发达的奇拉世代所能制造出的超高密度、超高速度和超强场,已经远远超出了爱因斯坦的重力理论。

图9:双向时间机器

制造超致密机器的秘密,仍然锁在加密代码后面——加了密的全息内存水晶,存放在史密森尼博物馆(2)中。不过,正如牛顿的引力定律也能在低密度物质中起效一样,爱因斯坦的引力定律在高密度物质中仍然有效。至于超致密物质区域,虽然爱因斯坦的定律失效,但仍能给我们理解的线索。

奇拉发明了时间机器,能把信息发到过去和未来。爱因斯坦的广义相对论阐述了这种机器的制造原理(尽管这种机器一旦真的造了出来,可能会带来好些悖论)。如图9所示,如果能设法让一个超致密长圆柱形绕着长轴旋转,使得圆柱的圆周速度大于光速的一半,那么,简单的分析就能表明:在高速旋转的圆柱中间位置(稍稍远离圆柱表面),会存在一片区域——在这片区域中,时间和空间是混合的。只要选择恰当的轨迹线,就能发送某个物体或光子,让它绕着圆柱旋转,方向可以跟圆柱旋转方向相同,也可以相反。物体或光子会根据方向的不同,出现在过去或是将来。但是,奇拉是如何造出这种高速旋转的超致密圆柱,又是如何将它拉伸到足够发出信息的长度,都还是未知之谜。

图10:重力弹弓

奇拉太空运输的早期,最重要的工具是重力弹弓。我们没法确切了解它的工作原理。不过,跟刚才一样,爱因斯坦的广义相对论能给我们线索。我们已经知道(尾注7-8),爱因斯坦的重力理论和麦克斯韦的电磁学理论有好些相同之处。在电磁学中,一切力量的基本来源就是电子的电荷。电荷产生电场。如果让电荷移动产生电流,电流就能产生磁场。同样,我们也知道,增大或减弱磁场引起的改变也能产生出电场。

重力学也一样。在重力学当中,一切力量的基本来源是微粒的质量(无论使用哪种微粒都一样),质量产生重力场。如果移动微粒产生质量流,质量流就能产生新场——即磁场的重力学对应物。如图10所示,重力弹弓是一个圆环,外面缠绕着许多管子,管子里注满了质量流T,产生出新场P,称为正转场或冷泽-提尔苓(3)场。增大或减弱正转场,就能在弹弓中心产生重力场G,把圈环中心的物体朝上推出去。奇拉的重力弹弓应该就是利用这个原理。不过,很显然,肯定还涉及其他物理新知识——因为,爱因斯坦理论曾经预测,使用中子星密度物质的机器,无法制造足够强的重力场来弹射飞船离开蛋星。

图11:克里度规空间翘曲

奇拉最让人惊叹的超致密机器,就要数小型空间翘曲。对此,爱因斯坦的广义相对论能提供线索——但也仅仅是线索而已。因为奇拉制造的空间翘曲,其规模大小远超爱因斯坦理论的预测。爱因斯坦场引力场方程有一个相对简单的精确解,这个解称为克尔度规(4),描述了致密旋转物质的外部场。

请设想,旋转的物质不再是圆柱,而是如图11所示的超致密圈环,质量为M,电荷或磁荷为Q,那么,运用克尔度规,我们能得出(尾注9-10):如果旋转的圈环密度够高,旋转速度够快,那么,这个圈环既是空间翘曲,同时也是时间机器。当某个小物体穿过圈环中央洞时,它会消失,而不是从另一头出来!

利用数学计算,我们预测:这个物体,此时已经进入了超空间——时间和空间交互改变的地方。按照圈环转动的方向,物体只需同向或逆向移动,就能在时间中前进或倒退。要想回到我们的宇宙,物体只需要再次穿过圈环的中央洞即可。这样高速旋转的超致密圈环自然不够稳定,奇拉用上了自己所有的先进技术,这才让圈环保持了足够长的时间,营救出了人类。

(1)此奖项为虚构,可能源于法国漫画家尚·吉罗。吉罗在国际享负盛名,曾用笔名“墨比斯”绘制了众多科幻和奇幻作品。

(2)美国华盛顿特区的博物馆。

(3)指约瑟夫·冷泽与汉斯·提尔苓,提出相对论修正的两位奥地利物理学家。

(4)描述球对称的旋转大质量天体(如黑洞)周遭真空区域的时空几何。其为广义相对论场方程的精确解,故又称克尔解。

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