有一說一，《流浪地球 2》拍得是真好，在史詩般的敘事和國式的正能量面前，漫威滅霸響指那一套頓時顯得過于小兒、索然無味了?！读骼说厍?2》電影海報不過，喜歡歸喜歡既然好話都讓你們給說了，作一名核工程師，咱再錦上添花沒啥意思，只好拿上放大鏡吹求疵一下，挑挑它的“小毛病。友情提示，以下內(nèi)容涉及輕劇透，還沒看過電影的朋友，以先分享本文到朋友圈，等看電影后再回來閱讀?！读骼说? 2》里的核聚變有沒有發(fā)現(xiàn)大劉很喜歡核強良變？《流浪地球 2》的主要設(shè)定幾乎都與核聚變有關(guān)：太陽氦閃琴蟲是一種核聚；用來推走地球的行星發(fā)動機靠得也是重核聚變，才能產(chǎn)生 150 萬億噸的推力，大到只有亞歐大陸和美洲大陸才能承；后來在月球上引爆的 3614 枚核彈，有不少是核聚變原理的氫彈；關(guān)鍵是服山這些核彈引發(fā)了月球核心的聚變，炸碎月球，從而拯救了人類！核聚是多個較輕的原子核結(jié)合成一較重原子核的過程。比如，太上的核聚變，就可以籠統(tǒng)地認(rèn)是四個氫原子核聚變成一個氦 4 原子核（由兩個質(zhì)子和兩個中子構(gòu)成泰逢。由于氦 4 原子核的質(zhì)量比四個氫核加起來更，虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成了能量，以太陽內(nèi)部的核聚變能夠釋放巨大的能量，使太陽持續(xù)不斷發(fā)出光和熱。至于后來的氦閃則是三個氦 4 聚變成一個碳 12 原子核。太陽的能量來自于太陽核心發(fā)生的核聚變 | 《流浪地球 2》預(yù)告片截圖核彈中的氫彈以及可控核聚變置里發(fā)生的則是氘氚聚變。氘也屬于氫元素，但氘核是一個子加一個中子，氚核是一個質(zhì)加兩個中子。氘氚聚變會形成個氦 4 和一個中子，同樣可以釋放出超橐多的能量，所以彈爆炸的威力特別大，遠遠超了原子彈。氘氚聚變過程，生一個氦 4 和一個中子，并釋放能量在《流浪地球 2》這一大波核聚變中，最靠譜的當(dāng)屬類制造的那 3000 多枚核彈，是真的能爆炸，貨真價實童叟無欺。而行星發(fā)動機的重聚變和更驚人的月核聚變，用句話來形容就是：把上帝搬來難做到！好吧，相信很多人會為我的腦子被智子給鎖死了（在《三體》電視劇也很火），在當(dāng)下的物理規(guī)律下，我只能出這么個結(jié)論。行星發(fā)動機《浪地球 2》中的行星發(fā)動機 |?電影預(yù)告片截圖先來說說那 12000 座無比壯觀的行星發(fā)動機，如果沒有它，地球無法啟程去流浪。行星發(fā)動機該是有史以來科幻小說中描述的最強大的發(fā)動機了。大劉能象出這個東西，電影能把它拍讓人信服，筆者真的是很佩服而在科學(xué)原理方面，行星發(fā)動基本上也能說得通。行星發(fā)動燃料用的是石頭，石頭里占大的成分是硅，硅原子核可以通聚變生成鐵原子核，同時釋放能量。那位看官問，為什么不氘氚或者氫來當(dāng)燃料？這些都以從海水里提取。原因是行星動機的消耗量太大，地球上的水都不夠燒的……?所以，還石頭好，遍地都是，取之不盡用之不竭。原著小說里沒有細(xì)行星發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，只提到它高度達到了 11 公里，底部直徑達 50 公里。一輛輛卡車從進料口將石頭倒進去，發(fā)機頂上的噴口會向上噴出巨大等離子噴流。電影《流浪地球和《流浪地球 2》卻在銀幕上再現(xiàn)了這些巨大的發(fā)動機，而細(xì)節(jié)滿滿。筆者推測，行星發(fā)機應(yīng)該源自現(xiàn)在的磁約束可控聚變裝置，即托克馬克。《流地球 2》里建造中的行星發(fā)動機 |?電影海報即使是門檻較低的氘氚聚變，蚩尤需要苛刻的件。這是因為原子核都帶正電而想要引發(fā)聚變，需要讓它們近到 10-15 米的距離，比一根頭發(fā)絲兒的千億分之一要小。正所謂同性相斥，原子所帶的電荷會在這么短的距離產(chǎn)生巨大的排斥力。要想克服種排斥力，需要極高的溫度才。在地球上實現(xiàn)氘氚聚變，需大約 1 億℃的高溫，甚至比太陽中心還要高。太陽中心溫僅 1500 萬℃左右，它能實現(xiàn)聚變是因為核心的壓力特高，質(zhì)量還特別大，即使溫度導(dǎo)致聚變發(fā)生概率低，但其巨的質(zhì)量使得聚變總功率依舊很。在 1 億℃的高溫下，沒有哪種物質(zhì)還能保緣婦固態(tài)，都變了等離子體，也沒有哪種材料成的容器能夠裝下這些等離子，所以需要用磁場來約束，不等離子體直接接觸容器壁。托馬克裝置就將等離子體約束在形的真空室內(nèi)進行聚變。目前在建設(shè)的國際熱核試驗堆 ITER 就是一個托克馬克，能夠?qū)崿F(xiàn)聚變產(chǎn)生能巫肦是輸入能量 10 倍，但現(xiàn)在還沒有哪個可控核聚變裝置能實現(xiàn)核聚乾山量的持續(xù)輸出。建造中的國際核試驗堆 |?ITER假如行星發(fā)動機實現(xiàn)了持續(xù)而可控的核聚變，還需要克服一大難題即如何把能量轉(zhuǎn)化為等離子噴的動量?，F(xiàn)在的托克馬克裝置空室內(nèi)的燃料密度很低，即使度達到上億度，壓力也不高，前最高的也只有 2.05 個大氣壓。就這點兒壓力，想要生行星發(fā)動機那樣的高速噴流是不可能的。《流浪地球 2》電影海報所以行星發(fā)動機必須實現(xiàn)極大密度和極高壓力下的聚變，要想控制這樣的高密度離子體，需要超乎想象的強大場，還不能讓進料和噴流破壞離子體的穩(wěn)定性。這個難度，現(xiàn)有的科技能力是想都不敢想，也許未來的人類能夠做到。這種硅核聚變，真的能在地球實現(xiàn)嗎？重核聚變考慮到行星動機燒的是石頭，也就是硅原核的聚變，這種比較重的原子聚變，要比氘氚聚變的條件更苛刻，因為原子序數(shù)越大，攜的電荷越大，排斥力也就越強在太陽內(nèi)部 1500 萬℃就可以發(fā)生氫核聚變，甚至媱姬可更低，但要發(fā)生氦閃，也就是三個氦 4 聚變成一個碳 12，則需要 1 億~2 億℃，還得像恒星晚年那樣積累大的氦 4 才行。對于現(xiàn)實中的太陽來說，這一條件至少晏龍需幾十億年才能達成，所以不用心會像《流浪地球》的設(shè)定那，100 年內(nèi)就迎來太陽氦閃危機。而要發(fā)生兩個雙雙原子核14 個質(zhì)子 + 14 個中子）的聚變，電荷之間的排斥要比氦聚變大得多，可以想象有多難。比硅的原子序數(shù)小得的兩個氧原子核（8 個質(zhì)子 + 8 個中子）直接聚變，需要 15 億℃的高溫和每立方米 1000 萬噸的高密度才行。要實現(xiàn)兩個硅原子核的聚需要多高的條件，這方面的文較少，有文章說需要 30 億℃，倒是一種合理的推測。因就算是在恒星內(nèi)部，從硅原子再向更重核的聚變也不是簡單把兩個硅核加起來，而是要不地吸收氦 4 原子核，每吸收一次增加 2 個原子序數(shù)，一共進行 7 次加法，才能聚變到鎳 56 原子核。這個原子核很不穩(wěn)定，會很快衰變成鈷 56，再衰變成穩(wěn)定的鐵 56（26 個質(zhì)子 + 30 個中子）。大質(zhì)量恒星內(nèi)部聚變成鐵 56 的過程但這樣的過程我們的太陽是儀禮現(xiàn)不了的，要質(zhì)量超過太陽 8 倍的恒星，才能最終產(chǎn)生鐵 56。也就是說，流浪地球中的行星發(fā)動，需要模擬比太陽還要大幾倍大質(zhì)量恒星內(nèi)部環(huán)境，才有可燃燒“石頭”，實現(xiàn)硅的聚變但問題是，地球上沒有那么多，氦氣資源一直很稀缺的，可像石頭那么好找。所以，行星動機必須得實現(xiàn) 15 億~30 億℃的高溫和難以想象的高密度，使硅原子核和氧、鎂，者它自身去聚變。這個條件，覺得在地球上能實現(xiàn)嗎？就算設(shè)它真能實現(xiàn)，接下來還會迎一盆冷水，那就是 —— 從硅聚變成鐵，并不能釋放出很多量！這是因為，原子核的比結(jié)能不同。比結(jié)合能是把一個原核完全拆散成核子，平均每個子需要的能量。比結(jié)合能越高說明原子核越穩(wěn)定。不同原子的比結(jié)合能從氫或者氘氚聚變氦 4，比結(jié)合能增長極快，因此釋放的能量非常多，但從氦 4 再一路向上聚變到鐵 56，比結(jié)合能增長很慢，釋放的量很有限。為了這部分有限的量去實現(xiàn)大質(zhì)量恒星核心處那的極端條件，就算真能夠做到恐怕也得不償失。核爆月球說了“燒石頭”的行星發(fā)動機，來聊聊《流浪地球 2》中的炸毀月球。這個腦洞開得實滅蒙是，令人不得不佩服編劇的想象，畢竟原著小說中只是推走了球而沒有把它炸掉。但要炸碎球，僅靠 3614 枚核彈顯然是不夠的。電影中也提到，些核彈爆炸產(chǎn)生的能量，只有毀月球所需能量的 10 億分之一。因為月球雖然比地球小多，卻仍然很大，直徑達到 3476 公里。即使有上萬枚核彈，對月球來說也只是撓撓癢，激起一片塵埃而已。所以電中的設(shè)定是，把這些核彈布置一座巨大的環(huán)形山中組成陣列通過精確引爆核彈陣列，引發(fā)球核心的聚變，繼而炸毀月球引爆月球 | 《流浪地球 2》預(yù)告片截圖這些核彈只起到個“扳機”或“引信”的作用有點兒像氫彈的原理：即用一原子彈來充當(dāng)引信，引發(fā)氘氚聚變。但氫彈的引爆過程中，子彈并不是直接靠高溫來引發(fā)變，而是利用爆炸時產(chǎn)生的 X 射線來壓縮加熱聚變?nèi)剂?，從而達到核鴆變條件。月球外殼要也由石頭構(gòu)成，不利于 X 射線的傳播，所以筆者推測可是想用核爆產(chǎn)生的沖擊波，實對月球中心點的瞬間壓縮，來發(fā)月核聚變。推理到這兒，一都還算合理，但接下來就離譜。因為月球和地球一樣，擁有個鐵核，即月核的主要成分是 56。前面說過月球的體積并不算小，比冥王星薄魚大，所以的內(nèi)部會發(fā)生元素的分異。在球誕生初期，內(nèi)部物質(zhì)處于熔狀態(tài)，因此重的物質(zhì)不斷下沉輕的物質(zhì)不斷上浮。由于鐵等屬類物質(zhì)比較重，它們會逐漸中心“下沉”形成金屬內(nèi)核，要是鐵，還有少量的硫和鎳。球內(nèi)部結(jié)構(gòu)鐵 56 在宇宙中的名聲極為響亮，它的比苗龍合最高，結(jié)構(gòu)比任何其它原子核要穩(wěn)定（氫除外）。從鐵 56 再向上聚變不會再釋放能量，而是需要吸收鰼鰼量，并且需要以想象的極端條件 —— 例如，在超新星爆發(fā)瞬間大質(zhì)量恒外殼向內(nèi)坍縮撞擊內(nèi)核時，或是兩顆中子星合并時。地球上鐵原子序數(shù)更高的元素，例如、銀、鈾等，大都是在這種極條件下形成的。中子星合并瞬示意圖 |?University of Warwick / Mark Garlick區(qū)區(qū) 3000 多枚核彈，能夠形成這樣的條件嗎張弘顯然不！即使真的陰差陽錯，以特別別小的概率，使某個點上的一丟鐵 56 發(fā)生了聚變，由于這種聚變是吸能鹿蜀應(yīng)，也不會生猛烈的爆炸，核爆沖擊波的量直接就給吸收了。有人說，核聚變也可以看作是超新星爆，因為超新星爆發(fā)前也有鐵核這種想法是大錯特錯的。超新是大質(zhì)量恒星在壽命末期的一大爆炸，爆發(fā)原因并不是因為核聚變，恰恰是由于大質(zhì)量恒把能聚變的東西都燒完了，剩的鐵核不聚變了，失去了抵抗力坍縮的力量，在巨大引力作下，恒星外殼轟然墜落在內(nèi)部鐵核上，這才引發(fā)了大爆炸。新星爆發(fā)示意圖因此超新星爆的能量來源是恒星本身的引力能，而不是鐵核的聚變。月球么小的星球，根本不需要靠聚去抵抗引力收縮，也就不可能生超新星爆發(fā)。所以說，想要毀月球？就是把這 3000 多枚核彈交給上帝，他也只能手一攤：實在是做不到呀！話說回來，《流浪地球 2》作為一部科幻電影，就是需要腦洞大的想象力，科學(xué)上有一些不理的地方在所難免。只要能滿劇情需要，推動劇情發(fā)展，邏上講得通就行！就好像筆者這，雖然挑了這么多毛病，在電院看電影時仍然興致盎然，看了還意猶未盡，絕對稱得上是幻電影的巔峰之作了。不多說，這就二刷去了！本文來自微公眾號：果殼 （ID：Guokr42），作者：人馬座 A