在所有科幻小说中,也许最具标志性的破坏时刻发生在1977年的《星球大战:新希望》中,当时邪恶的银河帝国释放出一种超级武器,摧毁了整个奥德兰星球(Alderaan)行星,它与地球有着许多相似之处。传递这种沉重打击的宇宙飞船“死亡之星”重新出现在随后的《星球大战》电影中,并且也将在即将到来的《天行者》电影中露面。
即使它最终被毁灭、重建和再次摧毁,将如此巨大的破坏力包装成一枪的想法似乎不符合合理的科学解释。然而,实验性的进步使得曾经被科幻小说所独占的想法,成为现实世界中未来超级恶魔是有可能的。以下是我们如何真正摧毁一个类似奥德兰星球的科学。
摧毁一个行星需要巨大能量
摧毁整个星球是超级反派梦寐以求的最耗能的任务之一。为了炸毁一颗行星,您需要克服的最大力量就是引力,因为构成这个世界的每个原子,都是通过引力的相互作用力将所有原子结合在一起形成物质。
考虑到奥德兰星球的大小和组成与地球相似,以地球的质量和大小作为奥德兰星球的替代物,应该可以让我们计算出将这样的行星结合在一起的引力自能量。质量为约6×10^24 kg,平均半径为约6,400 千米,分布在整个地球的层中,我们必须施加至少2.2×10^32 焦耳的能量,以便完全将类似于奥德兰星球炸毁。少一点,引力将使至少大部分行星在短期内重聚。
除了将行星炸开所需的巨大能量外,时间尺度也非常重要。死亡之星的这一次爆炸不仅摧毁了奥德兰星球,而且在几秒钟内就摧毁了它。电影中提出了如何做到这一点的想法,它创造了一个新词:超级激光器,但这不能以科学的要求完成。
增加激光功率的典型方法是在一系列电池或电容器中存储大量能量,然后将所有能量集中到一个脉冲中,该脉冲会在极短的时间范围内释放出来。增加激光功率的典型方式是将大量能量存储在一系列电池或电容器中,然后将所有能量集中到在极短时间尺度内释放的脉冲中。在这方面,人类取得了最伟大的成就,并产生了Petawat(10^15 W)激光器,获得了2018年诺贝尔物理学奖。但是,这些激光的功率必须比这强大万亿倍,才能使“死亡之星”成为现实。
如果我们考虑另一种可能性,例如受太阳内部过程启发的一种可能性,那么“死亡之星”似乎并不是那么令人难以置信。在太阳核心的深处,每秒总共释放3.8×10^26焦耳的能量:这个数字与摧毁像奥德兰星球这样的世界所需的能量非常接近。如果我们能以某种方式,利用相当于太阳一周所释放出的能量,并将其一次释放,那么我们就可以分解在引力作用下将行星结合在一起的原子和分子。
这也是不切实际的任务,但是如果我们看看太阳是如何获得能量的,我们可以轻松找到解锁像死星这样的世界末日武器的钥匙。
太阳通过核聚变过程获取能量,将轻元素转化为重元素,并在此过程中释放能量。形成的较重元素的质量低于反应生成较重元素的较轻元素的质量总和,然后质量差通过爱因斯坦E = mc^2换为能量。
通过将氢融合到氦中(将每个氢原子质量的0.7%转化为纯能量),我们可以计算出每秒总共有430万吨的物质转化为能量。如果您可以通过物质-能量转换来积累能量,并于太阳一周释放所有能量值相当,且将其存储起来,然后将其全部爆发,那么您可以使用该能量来摧毁一颗像我们自己一样大的行星。
但是,您不想释放“死亡之星”本身的能量,而这是您想要产生激光脉冲时必须要做的。如果这样做的话,能量的释放会从激光脉冲的原点引起巨大的发热和膨胀,这将在*死死星之前摧毁死星本身。您将不需要训练有素的X翼或千禧猎鹰来摧毁“死亡之星”;只需激活该世界末日设备即可完成任务。
取而代之的是,您不仅需要将能量释放到星球本身,还需要释放到星球内部。如果您只是简单地将能量沉积在行星表面上,那么随后的爆炸会将能量向外沉积到太空中,只有一小部分会影响到行星。目标不仅是将这种能量传递给像奥德兰星球这样的世界,而且还要将其传递给核心。
尽管看起来激光脉冲是这种射击的明显传递机制(考虑到激光已经是一种与物质非常有效地相互作用的纯能量形式),但是用超激光撞击行星的表面将不会使其爆炸。如果激光的功率足以击中它遇到的原子并将其移开,穿透其下方的地面,则它将直接穿过该行星。
它不会将其大部分能量存储在行星的核心中,而是会切穿整个世界,从而导致激光飞越大部分空旷的空间。尽管行星的核开始变得非常致密并且充满了物质,但它的原子只会被激光的光子推离轨道。激光本身无法摧毁像地球一样的世界。
但是,还有另一种选择先进的实施方案:再次利用爱因斯坦的E = mc^2,将行星核心中的某些物质转化为纯能源。如果我们能够将总共2.5万亿吨的质量转化为纯能源,那么这将足以像大莫夫·塔金(Grand Moff Tarkin)所希望的那样,通过解锁引力并摧毁整个星球。
有一种完美,100%有效的方法将物质转化为能量,那就是将其与等量的反物质碰撞。如果您不使用激光,就可以以某种方式将1.25万亿吨反物质放入行星的核心,它将自发地湮灭1.25万亿吨物质,在所需位置产生所需的所有能量(通过E = mc^2),最终摧毁这个世界。
您可能会担心这是一个非常大的质量,并且当您考虑地面比例尺时,的确很大。但是,如果您看一下我们太阳系中的天体,那仅仅是一个适度大小和质量的小行星,例如5535 Annefrank,上面还有一些其他知名的小行星和彗星。
如果有某种方法可以在类似“死亡之星”的装置上创建并包含如此数量的反物质,然后将这些反物质传送到行星的核心,那将会摧毁奥德兰星球或其他行星的理想方式。当你意识到一个真实的超级激光可以开辟一条通往岩石行星核心的路径,然后可以传送反物质物体时,突然间,一个真实的死星的想法似乎并没有那么虚构。
在过去的十年中,针对反物质的实验(例如RHIC,LHC或CERN的反物质工厂)取得了许多成就,它们是:
当前的反物质研究得到了进一步的发展,例如测量其引力特性,创建新型的反物质离子,甚至创建反原子的结合态:第一个反分子。在未来的几十年中,反物质物理学甚至可能导致反物质的晶格和/或晶体。如果可以在真空条件下创建和隔离此反物质,则可以将其存储和运输到任何地方。
“死亡之星”是代表帝国主义,军事力量和狂妄自大的纯粹虚构作品而开始的,但是鉴于我们目前对物理学的理解,用星载超武器彻底摧毁行星的想法确实是可能。通过创建并存储足够多的反物质储备,使用激光切割传送反物质通往行星核心的路径,然后将这种反物质沉积在核心中,从物理上讲,行星毁坏是不可避免的。
一个资源充足的疯狂科学家,一旦我们解开了中性、稳定的反物质的实际创造和储存潜力,就可以把“死亡之星”变成物质现实。科学的力量从字面上掌握着毁灭整个世界的秘密。通过利用等价能量,物质反物质湮灭和一些近乎未来的技术,可以为实现人类的银河帝国!
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