看到《流浪地球》说用石头做燃料,那么在现实中真的有这项技术吗?
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现在还没有这技术,但这种技术确实有一定的科学依据,甚至可以说将来一定会实现的,只不过是一个时间问题。而实现的方法,就是相对而言比较重的元素发生的核聚变。
首先,我们来分析一下石头是个什么成分:石头主要是硅酸盐、二氧化硅等,这几乎构成了绝大部分石头。包括地球上物质的丰度,排在前两位的仍然是氧和硅。那这些元素能不能"燃烧"呢?能。
在恒星的演化历程中,有一个现象,那就是所有大质量的恒星,聚变的最终结果都是生成铁元素。一旦铁元素生成,这颗恒星就必将毁灭。换言之,比铁重的元素是无法在正常的恒星中形成的。这是为什么呢?因为较轻的元素可以发生核聚变释放出能量,但这个聚变的极限就在铁。也就是铁元素之前的聚变是放热的,但铁元素聚变就开始吸热了。
说到这儿,相信大家就了解了。在氧、硅的后面,还有磷硫氯氩钾钙钪钛钒铬锰等,当然聚变不一定按照这个顺序,但这至少说明了中间还有好多元素可供聚变。而这些过程都是释放能量的,因此,理论上讲是可以的。
那为什么现在还没实现呢?实在是因为可控核聚变太难了。目前为止,我们连仅需几千万度就能实现的氘氚核聚变都没有可控,更不用说这些重元素核聚变了,这些都是需要几亿几十亿甚至上百亿度高温才能实现,更难了。因此我觉得短期内人类不会掌握这样的技术。
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石头做燃料属于重元素核聚变,目前人类只达到使氢进行核聚变的技术,而且还不是长时间可控的。也就是很短时间就会熄灭。至于未来能不能实现,理论上能,但要用来作为发动机燃料就不怎么可能了。。。。
重元素核聚变的难点在于温度,我们无法提供像太阳内部那样的巨大压力,只能以温度来补救了,而由于重元素含有比氢元素多n倍的质子数,而质子带有正电荷,因此即使在等离子态下,重元素的原子核也有着n倍于氢原子核的电磁斥力,导致两个原子核无法互相靠近融合。因此要使两个带正电的原子核互相靠近就只能通过高温和高压。
图中是几种常见元素的核聚变所需温度,石头里面的常见元素都要10亿度以上高温才能点燃核聚变,我们当然不怀疑以后人类能制造如此的高温,但问题是我们拿什么容器来让它反应,也就是电影中那些重元素核聚变离子发动机用什么材料才造呢??????已知的所有物质都无法在10亿度高温下保持固态甚至液态,那未来人类能拿什么材料来造那发动机?
想象力没有极限,但物理有极限。作为科幻电影,我认为《流浪地球》属于硬科幻,但科幻毕竟是科幻,不是科学,它不需要像科学一样严谨,《流浪地球》脑洞很大,充满想象力,很多构思都有科学原理,如果要在数据数值上挑刺,那就是科学科幻不分了。
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看到《流浪地球》说用石头做燃料,那么在现实中真的有这项技术吗?
也只有用石头做燃料了,假如用氢元素核聚变的话,地球上的水烧干都还没泊入比邻星的轨道,因为烧掉的氢元素总量超过了地球上所有水中提取的来的氢元素,甚至只能满足2/3的燃料!
这就是行星发动机的燃料,石头主要成分是硅酸盐、二氧化硅等,其中构成是氧元素和硅元素,那么在元素聚变序列中分别在哪个层次呢?
当然最先燃烧的氢原子核聚变成氘,然后是氘与氢聚变成氦3,再是两个氦3聚变成氦4,然后是碳、氧等一路下来,当然这是大质量恒星中所能达到程度,比如8-10倍太阳质量以上的恒星,一直能烧到铁元素,稳定了,再也无法燃烧,但此时却是灾难来临!因为失去辐射压的外壳直接坍缩到内核,接近光速的撞击爆发出宇宙最为耀眼的能量释放,这就是超新星爆发!当然话题扯远了,人来当前正在攻关的核聚变是氚氘核聚变,这个条件稍低,差不多就是上亿度左右!
无论是托卡马克还是仿星器都没有实现商业化,原因有几个,但主要是温度不够,约束时间不够长!而氚氘是最容易实现核聚变的条件,但现在依然在胜利的前夜,似乎即将倒下正在摇摇欲坠中!但我们还是有必胜的决心!
连最容易实现的氚氘聚变都还没有彻底成功,那么重元素聚变的条件就更难实现了,因为越往后的条件越苛刻,到了硅元素聚变的时代,温度达到了极为变态的30亿度,我们现在能实现的温度不过就上亿度,30亿度也就多个零乘以3而已嘛,但这是工程应用,不是数学公式,需要基础科技突破,需要应用科学突破,需要工程技术突破......谈何容易!
这是行星发动机设计图,哪位想要收藏了吧,去复制一台!当然这是渲染前的草图,仅仅是徒有其表,“火石”就从底部进入行星发动机,这就是关键中的关键,也许火石中就是多层从外层轻元素到内核重元素的多层结构,一层层聚变进入内核达到行星发动机聚变硅元素的条件,因此行星发动机和火石配合下才达到燃烧“石头”的要求!
外部支撑结构图,设计图哦.......
假如火石不是这种功能的话,至少笔者也许难以想象出第二种功能,当然各位可以补充下!不过能达到烧石头条件的发动机真是完美,小行星带随便挑挑拣拣就能带上足够的燃料了,如果是“飞船派”的话,这条件还真低,到柯伊伯带还带一批,直接到比邻星系尘埃带再补充一次燃料,直接前往?算了到比邻星系就差不多了,不折腾去更远的地方了哈.........
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我来说个后续:
当地球流浪到第300年的时候刚刚离开太阳系不久的地球诞生了一个伟大的人堪称爱因斯坦二世他发明了一个完美的人工智能“盖亚” 。盖亚利用其无限且不知疲倦的完美的运算得到了人造虫洞方程式 人类花了50年利用霍金的理论为基础进行反复考证论证了其可行性之后联盟决定实施盖亚的“虫洞计划” 30亿人除了保留必要的轨道转弯发动机以恢复地球自转和3000台推动发动机用以减速外 其他7000台行星发动机被全部拆除 其材料资源人类又用了50年时间在近地轨道上造了架巨大的虫洞跳跃发生器… 人类在带着地球流浪了第400年后 因为伟大的“盖亚”极其创造者 所发明的虫洞跳跃方程式 以及在此基础上打造的轨道跃迁行星引擎 让地球通过人造虫洞直接跨越时空来到了半人马座预定坐标 地球在流浪了500年后 人类结束了巨大的苦难 重新建立新的人类文明
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流浪地球计划采用了1万座以重元素核聚变为能量的地球发动机,用2500年时间将整个地球推动到4.22光年外的比邻星轨道
核能在现实中的应用已经比较广泛了,从最早的原子弹和氢弹到后来的核电站,核能为人类文明进步做出了巨大的贡献,但现在对核能的开发利用还仅限于核裂变阶段,能量释放更加强大且安全的可控核聚变技术却迟迟没有突破,而且流浪地球中是重元素可控核聚变,我们现在连氢元素可控核聚变都做不到。
太阳核心的氢元素只需要1500万度就能发生聚变反应,这是因为核心区域的压力足够大。但现实中的托卡马克装置无法生成太阳核心的压力,因此只能用更高的温度来弥补压力的不足,所以托卡马克装置内部达到了上亿度的高温,但构成石头的氧和硅以及其他重元素需要的聚变温度高达数十亿甚至上百亿度。
氢元素核聚变就好像一个吐钱机一样,扔进去1块钱可以吐出来10块钱,而重元素核聚变扔进去1块钱可能一毛钱都吐不出来,铁元素理论上也能核聚变,但它已经开始吸收能量还不是释放能量了,也就是说你扔进去1块钱它不但不吐钱反而会再收你1块钱。
地球发动机的技术难点在于保持几十亿上百亿的超高温来进行重元素核聚变,现实世界中的我们连1500万度都无法长时间有效保持,如果强行启动重元素核聚变的话,投入的能量可能比产出的能量还要多。
用石头做燃料的重元素核聚变技术在理论上是可以实现的,只要温度达到几十亿上百亿度就没问题,问题是现在的我们无法达到这个温度,如果未来强行启动重元素核聚变的话,投入的能量可能比产出的能量还要多。
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