在現實世界中,像水滴外殼這樣的超級材料有可能制造出來嗎。
要說《三體》中哪種武器最令人印象深刻,恐怕一定是水滴我知道肯定有人會選擇雙向陪襯畢竟直接讓世界二維化的真降維打擊顯然比水滴要厲害得多但與水滴相比,這是合理的,雙向陪襯卻逆天了,以至于這個設定太神奇,不太科學所以更貼近現實的水滴更容易打動人
三體中的水滴探測器
劉在原著中花了大量的篇幅來描述水滴所涉及的物理學例如,水滴的外殼是由具有強相互作用的材料制成的絕對堅硬的物質書上說,這種材料中的原子被強烈的相互作用一個個牢牢地釘死了,效果就是四個字——無敵!就連號稱太陽系最硬物質的鉆石,跟它比起來也像塊豆腐
這個素材能不能做成,首先要知道劉口中的強相互作用是什么。
三體中被強相互作用釘死的原子
眾所周知,原子核通常由質子和中子組成中子不一定要帶電對于帶正電的質子,它們之間應該有很大的斥力可是,這些接近的質子并沒有散開相反,它們被牢牢地束縛在一起,形成了一個非常穩定的核心,而這其中的功勞一定是強相互作用
四種基本的相互作用
強相互作用也叫強力,是四種基本力中最強的一種其強度是電磁力的137倍,弱力的100萬倍,引力的100萬億倍但它的力量雖然強大,但作用距離很短,只有10—15m左右,也就是核的大小我們在日常生活中幾乎接觸不到,被歸類為近程部隊
因為原子和原子核有五個數量級的差別,如果把一個足球場看成一個原子,原子核只相當于草地上的一只螞蟻。
原子與原子核的近似比率。
由于強大的作用距離只是在原子核級別,顯然不可能像水滴一樣一個個釘死這么大的原子除非有什么辦法能像電磁力一樣把強作用力從近程力變成遠程力
我們之前在量子級數中說過,其實強作用力本身就是遠距離作用力因為傳遞強力的膠子和傳遞電磁力的光子是一樣的,它們沒有質量,理論上都是以光速傳播的而且,與電磁力的強度隨距離增加而減弱不同,強力是唯一一種強度不隨距離增加而減弱的力是什么限制了它的行動范圍沒錯,夸克禁閉
當兩個夸克之間的距離足夠遠時,束縛它的膠子的能量就會足夠強,形成一個新的夸克,那么強的力就不能表現出長程力的效應它只在質子和中子等強子內部起作用
夸克禁閉
你可能會有疑問:那不對你剛才不是說帶正電的質子因為強相互作用而束縛在一起嗎
事實上,在這個過程中,實際上會有一些剩余的過剩強度從強子中溢出這些殘余力成為束縛質子的力,人們稱之為核力也就是說,膠子直接帶來的強子之間并沒有很強的相互作用,而那些質子和中子實際上被這些殘余的核力束縛住了但這種核力會伴隨著距離的增加而迅速減小,所以強作用的范圍只會停留在原子核尺度
在原著中,大劉設想的方式是:電磁力被某種力場發生器抵消,導致強相互作用力溢出雖然不知道具體原理,但這聽起來有點類似于剛才的強力溢出成核力只是這個所謂的力場發生器有點太不真實了現實中還有其他更可行的方法嗎
在遵循現有物理定律的情況下,如果要讓力突破距離限制,就相當于打破了夸克禁閉,所以最直接有效的方法就是提高溫度。
到什么程度這個可以算出來,至少需要一萬億度的高溫沒錯,這就是大爆炸開始時夸克—膠子期的宇宙環境溫度
除了提高溫度,提高密度也是一種方法就是夸克不再三三兩兩的配對,而是一個一個的擠在一起
無論哪種方式,我們此時得到的都是一種夸克—膠子等離子體,QGP稱之為夸克湯。
不要覺得可笑實際上是在現實中制造出來的,當然只是微小的粒子級
2005年,科學家們在布魯克海文國家實驗室的重離子對撞機中首次創造了夸克—膠子等離子體這是一種近乎完美的費米液體,粘度相當低,幾乎沒有摩擦阻力看到這個描述,突然覺得水滴這個名字真的很貼切
可是,雖然這種夸克膠子等離子體更像是一種液體,但你真的無法正面做到因為從密度上來說,它確實已經超越了太陽系的所有物質,甚至比中子星還要好畢竟中子星只停留在中子簡并狀態如果這個極限被打破,估計只有理論上存在的夸克唐珂敢與之抗衡
中子星
這樣水滴的強相互作用物質只釘到了原子,而夸克湯更進一步,直接釘到了夸克試想一下:如果末日之戰中的人類戰艦是由某種夸克湯做成的,那么結果可能會是另一番景象
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