怎樣最廉價地體驗外星生活？鑽進滾筒洗衣機

知識 01-16

編者按：體驗外星生活得花多少錢？用傳統的方法去一趟火星，大概人均花費100億美金，按照Elon Musk的設想需要20萬。就算你希望死後能埋在月球，根據太空殯葬公司Elysium Space的報價，送1克骨灰上去也得$9950。

其實，完全不用這麼複雜。只需一台滾筒洗衣機，往裡一鑽，開機——好，歡迎來到拉里·尼文筆下的「環形世界」！

Strange World

Iron Maiden

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圓環形狀的世界是科幻史上相當經典的構想。無論是拉里·尼文想像中能圍繞一顆恆星的上帝工程，還是像《極樂空間》里那樣，在地球軌道上建造一個方寸大小的天上人間，道理都是一樣的。

環形世界自轉就向滾筒洗衣機一樣，把裡面的所有東西甩到它的內壁。世界自轉的向心力就相當於人造重力，只要世界的半徑和轉速合適，完全可以讓住在環形世界內壁的人有和地球上一樣腳踏實地的感覺。也就是說，在一間小屋子裡，你幾乎沒有辦法區分自己生活的世界是哪一種樣子。

你怎麼知道世界是個滾筒？

那麼一個誕生在環形世界的文明，要走多遠才能發現自己生活在怎樣的世界呢？

你可能會想，如果世界真是個大滾筒，那麼走出門不就能看到遠處的海向天空捲起了嗎？如果世界足夠大的話，那麼在陸地上還是可能會看到海平線的，因為萬有引力說不定還是足夠把周圍的海面變成一個緩坡。走得足夠遠的航海家，會看到海面向天空捲起，那樣的話他們或許會認為世界是一個大碗，而大陸在碗底。那麼在環遊世界還遙不可及的時代，住在這個世界上的人們是否還有別的線索能得知世界的形狀呢？

當登山者攀登一座很高的山時，他會發現自己越變越輕，盆里水面的波動也變得越來越柔和，這樣的變化和海拔高度成正比。讓我們回想一下中學學過的圓周運動模型，圓周運動的向心加速度——也就是這個世界的「重力加速度」——大小等於自轉角速度平方乘以圓周半徑，所以說到達的高度越高，離圓心越近，半徑越小，感受到的「重力」就會越小。他們的科學界對重力存在的原因一定也有很多假說，在這之中也一定會有人將這一切聯繫起來，意識到世界真正形狀，即使還不能親眼所見。就像在我們的世界一樣，思想總會比腳步走的更遠。

有這麼一位指揮海戰的軍官，面臨的戰局很不樂觀，制海權在對方手裡，在苦苦尋求突圍的時候，他留意到了一個奇特的現象：敵軍發射的迫擊炮彈軌跡總是有一個微弱的偏離，但落地點卻又沒有什麼誤差，這和風力無關，絕不是偶然現象。

在地球上有一種被稱為「地轉偏向力」的現象，也稱為科里奧利效應，導致北半球運動的物體向右偏移，南半球向左偏移。道理很簡單，如果你從一個正在旋轉的圓盤中心走向外圍，由於圓盤各部分線速度不一樣，以圓盤這個旋轉體為參照系，就會觀察到你偏離原有方向，彷彿受到外力作用。和「慣性力」、「離心力」一樣，這個「力」並不存在，只是慣性作用在非慣性系體現，但我們可以引入這個虛擬的力來方便思考。

環形世界的自轉軸平行於地面，這和我們站在地球上的情況不同，所以科里奧利效應會體現在另一個方向。人們有可能會看到垂直於地面的颱風，彷彿天空的一隻巨大的獨眼，那個場面想必是相當震撼的。

來源：《環形世界》封面

再舉一個例子，來往於大陸之間的海上行商會惱火於他們的單擺掛鐘總是不守時，但來檢修的鐘錶匠卻發現不了任何問題。這種誤差很有規律，當船往一個方向行駛時鐘會變快，另一邊則會變慢，這說明誤差不是鍾本身的問題，一定是來自於外界。

單擺的周期顯然與擺長和重力相關，和振幅，擺球質量無關。當船向自轉方向行駛時，當然會有比世界自轉線速度更大的速度，那麼船受到的「重力」就會變大，這就會導致單擺周期變小，時鐘變快，反之亦然。

巨眼一樣的颱風，詭異地偏離目標的炮彈，被船速影響的時鐘，這種種的奇觀或許在很長時間內都會被當成神跡，但最終會被理解。當科學發展到量化時代後，這所有的現象都可以準確告訴人們世界的形狀、大小，以及轉速，不僅僅滿足人們的好奇心，也會對社會和歷史帶來更深遠的影響。

環形世界能有多大？

更有意義的問題其實是——這個世界最小能有多小？

《極樂空間》展示了一個非常美麗的環形世界，它極為精緻，絕對能算是「世界」：人們看到的是真實的天空，飛船可以直接從太空飛進來，而不需通過任何障礙。換句話說，這個太空城的居住區是開放的。

來源：《極樂空間》概念圖，Elysium: The Art of the Film

粗看好像可行，自轉的人造重力也像滾筒洗衣機那樣把空氣甩在內壁上不至於跑掉，從而製造開放卻不流失的大氣層。但是，人類要正常生存，只有空氣是不行的，還必須有合適的大氣壓。這就意味著環形世界邊緣也得造起高牆。

那麼這堵高牆要多高，才能讓世界有正常的大氣壓？

假設大氣密度始終不變，且世界半徑大到可以一定程度上把重力作為常數，那麼，氣壓為零的高度顯然就是大氣層上界，也就是牆的高度。通過計算，圍牆至少得有8000米高。

問題就在於，真正的空氣密度與溫度，濕度，壓強都有著確定的關係。這樣算下來，大氣層至少也得40多公里高，考慮到「重力」也隨高度變化，圍牆高度更是難以想像。所以，如果要讓環形世界有真正的藍天白雲，恐怕就真是得有像拉里·尼文描寫的上帝工程了。

來源：Shutterstock

雖然大氣並非均質，但海洋環境和「均質大氣」的假設非常類似，海水的密度雖然也和壓強與溫度有關，但相比於氣體，幾乎可以忽略。

在地球上，浮力和水深幾乎沒有關係，往水裡扔一個東西，要沉就一定會沉到水底。這是因為浮力的本質是水在不同深度壓力差導致的，水壓和水深成正比，壓力差和深度沒什麼關係。

但是在環形世界，尤其是半徑不大的話，重力就不再常數了。而重力本身和水深也有關係，於是，浮力的大小將會隨著深度發生變化。你向水裡扔一塊石頭，它不一定會沉底，而是有可能懸浮在某一個深度上。

來源：Julian-Faylona/DeviantArt

靠浮力獲勝的戰爭

這件事到底有什麼意義？它讓我們重新去思考環形世界裡發生的海戰。失去制海權，處於弱勢的國家和強大的敵國相隔一條海峽，正面懟敵軍艦隊顯然是以卵擊石，但如果只有他們知道世界形狀這個情報，或許還有可能利用這一點，開發出一種奇妙的武器來扭轉戰局：

它看上去和水雷沒什麼區別，但是可以通過打開空腔進水和拋棄金屬小球來增加和減輕自重。根據世界的物理模型，可以算出水深和浮力的關係，換句話說，這種水雷在不同的自重下，會穩定懸浮在不同的水深。

還可以有簡單的動力系統——比如發條、壓縮氣體。工程師可以設計內部的機關，使得它在潛航過程中適時調節自重，也就是在合適的地點調節所處深度，從而避開航線上的障礙物和敵軍偵查，直到抵達敵軍港口。就這樣，弱國的軍事工程師在這個時代，就已經發明了具備彈道制導功能的武器。我們可以稱之為「浮力制導炸彈」。

來源：Steve Bowers

浮力制導炸彈的引爆方式可以由水壓和時間這兩個要素來觸發。這樣的話工程師同樣要了解世界的大小和轉速，從而知道水深和水壓的確定關係，讓炸彈在設計好的深度引爆。炸彈潛航到敵軍軍港後，時間恰好觸發最後機關——直接拋棄所有金屬配重小球，炸彈迅速上浮，從底部將敵軍停泊在軍港的軍艦全部摧毀。

在科技不發達的時代，這樣的做法就像日本二戰時的氣球炸彈一樣。後者是世界上第一種洲際攻擊武器，雖然不夠精確，但只要有一定數量，仍然可以達到戰術目的。同事，這也會讓強大的敵國消耗額外的資源，重新構想反制手段，從而為弱勢的一方贏得寶貴的喘息時間。

所以，探究世界的真相，遠不僅僅是滿足人們的好奇心。

來源：SirDanielofBrindley/DeviantArt

環形世界中，階級仍然存在

我們的世界存在地理差異，有些地方有資源，有些地方是戰略要衝，有些肥沃，有些貧瘠。正是這些不平衡讓人類的歷史不是一潭死水，權謀、戰爭、革命輪番上演，把人類的史書裝點得波瀾壯闊又血跡斑斑。

在環形世界，地理造就的不平衡同樣存在，他們的歷史同樣不會順風順水。最直接的不平衡就是重力。如果把環形世界離圓心的距離叫做「緯度」，顯然緯度越高，重力越低，如果環形世界的地表也不是一馬平川，而是有高原和低谷的起伏，就會有截然不同的、以重力來劃分的地理差異。

來源：DeviantArt

這樣的世界上會上演怎樣的故事？大可以天馬行空地去想像。假設有個種族叫高嶺巨人，他們只能生活在高原上，因為平原和低谷的高重力會讓他們沉重的身體舉步維艱。如果他們也像《進擊的巨人》里那樣是人類的天敵，那麼生活在其巨大陰影下的人類，恐怕就不是躲在高牆裡還能遙望遠方的廣闊天地，而是只能困在一個封閉的盆地或低谷里坐井觀天。

在這樣的境況下，「自由」會不會比我們想像的更具吸引力？因為井口以外不僅有從未見過的世界，還能讓你擺脫重力的拖累，在廣闊的天地盡情奔跑。為了這個遙遠又觸手可及的夢想，也許這個世界也會有自己的調查軍團，也會有「為人類未來而獻出心臟」的誓言，更加壯烈輝煌的為自由而戰的傳奇故事。

或許在地底的更深處，重力更高的地方，生活著比我們更小的人。他們長得太小，散熱過快，無法適應地表的溫度變化，僅僅是地表的低重力和季節溫差就會給他們帶來無數挑戰。但是，我們習以為常的環境，在他們的眼中卻是一片極為廣闊的未知新世界，充滿著無數激動人心的冒險，這些同樣也是無比精彩而又幸福的想像。

即使只有人類，世界大同的願望也不會那麼容易就實現。在現實中，劃分社會階級的要素很簡單，就是對稀缺資源的佔有。

來源：Erik van Ooijen/ArtStation

在環形世界，高緯度地區顯然要比低緯度地區要少，而「最適重力」就成為了稀缺資源，那樣的話，富人佔據舒適的高原，享受著輕巧的身體和更不費力的勞動。而再往後，科技的發展恐怕還會增大這種差距。低重力下的醫療，交通等等都會有更加明顯的優勢。不同緯度的生產效率，財富積累速度都截然不同，這些都必然埋下了階級對立的種子。

到了科技更發達的時代，建造聯通環形世界直徑的工程，從地面上看就像一座通天高塔，也許就可以不受制於地理條件，而是在各種緯度建造真正的天空之城。同時，社會也會區分得更加明顯：不同的緯度，因為不同的重力而有不同的地價，社會的財富劃分只要看你住在哪個緯度就一目了然…….