牛頓力學與微縮人——劉慈欣短篇小說少兒版導讀
科幻作家劉慈欣
劉慈欣，大家親切地稱他為大劉，是迄今為止華語界最有名的科幻作家。大家都知道《三體》三部曲，其實他的短篇小說書也非常好，簡單一點說，老少咸宜。
大劉的作品的一個共同特色是故事宏大，情節引人入勝，往往一波三折。他的小說還有一個共同點，就是涉及到的科學知識比較硬，也就是說，完全假想的成分不多，基本上都有根據。當然，有根據不等於一定正確。但是，就像大劉自己說的那樣，「正確」不是科幻小說所追求的，否則科幻就變成科學普及了，而不是小說。
沒有物理學背景知識，我們也能讀懂大劉的小說，但總會覺得哪裡不舒服，因為這樣我們就不會真正領悟大劉小說的奧妙。現在，我們就一冊一冊地稍微介紹一下這個系列中的物理學背景知識。
首先，在不少小說里出現與萬有引力相關的事，比如說第一冊中的第一篇故事《人和吞食者》。吞食者是一批駕駛一個巨大宇宙飛船來吞食地球的智慧生物，他們就是恐龍。這個大飛船形狀像一個輪胎，比地球還要大，因此它產生的萬有引力一點也不遜色於地球產生的萬有引力。
我們平時覺得，一個胖子比一個瘦子要重得多，這個重量其實是地球對我們產生的萬有引力。很多年以前，英國物理學家牛頓發現了萬有引力定律：越重的東西對我們產生的引力越大，如果這個東西距離我們很近，引力就會更大，如果近一倍，引力就會大四倍。這樣，除了地球會對我們產生引力，大牙來自的大輪胎飛船也會對我們產生引力。如果地球被輪胎套進去，那麼除了地球對我們的引力之外，輪胎也會產生不弱於地球產生的引力，大輪胎就會輕而易舉地吸入地球上的東西。
牛頓還發現，一個重量大的東西，推動起來也困難，這就是牛頓第二定律。比如月亮的質量雖然比地球小很多，大約是地球的百分之一，但比起我們自己的身體不知大了多少倍，要推動月亮，就需要巨大的力量。大牙的大輪胎比月亮還要大很多（我估計比地球還要大），因此推動大輪胎比推動月亮更難，所以，地球人想到利用核彈推動月亮，甚至比聰明的恐龍推動大輪胎還要靈活。
在第一冊的第二篇小說中，地球被「神」掏空了，這個被掏空了的地球產生的萬有引力可以忽略不計。但是，人類習慣了生活在有重力存在的情況，沒有了重力，時間長了會產生很多不良後果（例如骨頭變細）。「神」為了讓人類生活得和以前一樣，就讓地球轉動產生一種離心力。
離心力
轉動產生離心力其實是牛頓第二定律的後果。當一個物體沿著一個圓運動時，儘管運動的速度不變，方向卻一直在變。要改變運動的方向，就需要力。牛頓告訴我們，這個力與圓垂直，也就是指向圓心。速度增加一倍，力就是原來的四倍，圓的半徑減少一倍，力就增加一倍。我們現在的地球也在自轉，因此也產生離心力，但這個離心力比地球的重力小很多。
假如我們站在赤道上，地球要轉多快才能平衡掉重力呢？答案是每天轉差不多17圈！在《詩云》中，地球的轉動產生的離心力是重力的1.5倍，那麼，地球的轉動速度是每天21圈，確實夠快的。
但是，我們知道，離心力和重力相反，是向外的力，好在，在《詩云》中，人生活在地殼裡面，也是說人站著的方向與離心力相反。太陽呢？早已不存在了，代替太陽的是地球中心的一個「神造」太陽，是通向一個黑洞的蟲洞，也就是說，這個小太陽發出的光線是一個遙遠的黑洞所吸入的光線。
第一冊的最後一篇小說《微紀元》同樣涉及重力。同樣一個地球，但在遙遠的未來，人類為了逃避太陽閃爍，將自己縮微了，這樣就可以輕而易舉地躲到地下去。縮微到身高只有10微米，是原來人類的二十萬分之一，體積只有原來人類的億億分之一（原小說在這裡犯了一個錯誤）。
蟻人可隨意改變大小
有人問過這樣問題，假如地球上存在巨人，那麼，這種巨人的腰圍（腰的周長）該有多大，是不是與身高成比例變大？我們知道，一個正常人類的腰圍與腿長差不多，那麼，一個身腿長3米的巨人，腰圍是不是也是3米呢？回答不簡單，數學家歐拉是第一個回答這個問題的人。他發現，身高越高的人，對腰產生的壓力變得更大，為了承受更大的壓力，人的腰圍要比身高更大一些，具體地說，腿長3米的巨人，腰圍至少要達到4米才行。
與之相反，如果我們是像《微紀元》裡面的微人族，身高是原來的二十萬分之一，腰長只需要是原來的四百萬分之一，就能承受身體的重量，也就是說，微人族會變得非常非常細腰的種族。
不過，大劉在《微紀元》中只是將人類按照比例縮小了，否則人類即使被放大二十萬倍看上去也不再是原來的人類，會變得像竹竿一樣的人類。將人類按比例縮小，微人族的腰部就會變得特別有力，同樣，微人類的雙腿也變得非常有力，因此，大劉描述微人類的彈跳力十分驚人，原因正是這個。
大劉並一定知道歐拉的計算公式，他只要根據螞蟻啊跳蚤啊這些小動物負重的本領和彈跳的能力，就能推想微人族的彈跳力。
以上我們講了三篇小說涉及到的力學，其實，第二篇小說《詩云》還涉及到高深莫測的量子物理學、量子計算和量子存儲，我們就不再介紹了。也許有一天，量子手機成為現實，甚至量子手機不再是手機，而是量子萬能器，到那一天，我們就不得不將這些知識寫入小學課本。
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