第一篇：《安德的游戲》中的人造重力離現(xiàn)實(shí)有多遠(yuǎn)？

安德在零重力戰(zhàn)斗室中。

電影《安德的游戲》中，主人公安德和他的隊(duì)友們第一次走進(jìn)零重力戰(zhàn)斗室，發(fā)現(xiàn)自己漂浮在空中，變得手足無措，難以分清方向。作為戰(zhàn)斗學(xué)校的一個(gè)重要訓(xùn)練項(xiàng)目，零重力室無論在電影和小說中，都有著重要的位置。

在安德的世界中，人類已經(jīng)可以在太空中產(chǎn)生人造重力，安德在到達(dá)ISL（Inter Stellar Launch，內(nèi)恒星空間站）之后，他們已經(jīng)可以像在地球上一樣，正常的進(jìn)行日常生活，而不用像“天宮”中的宇航員一樣，漂浮在艙內(nèi)。在小說中，傳奇指揮官馬澤·雷漢（Mazer Rackham）曾經(jīng)告訴安德，重力的操控是從蟲族學(xué)來的某種重力增強(qiáng)技術(shù)。我們目前顯然還沒有遇到如此強(qiáng)大的蟲族，那么在目前的技術(shù)條件下，人類是否可以在空間站產(chǎn)生人造重力呢？

粗放的實(shí)現(xiàn)方法：住在“圓筒”里

從理論上來講，最直接的一種方案當(dāng)屬通過旋轉(zhuǎn)空間站來實(shí)現(xiàn)：我們可以讓一個(gè)圓筒狀的空間站沿著軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得在居住在圈桶內(nèi)壁的人員感受到一種人工重力效應(yīng)，這就是著名的離心效應(yīng)或者向心力作用。形象點(diǎn)來說，就好比在旋轉(zhuǎn)的洗衣機(jī)滾筒中，衣服都會(huì)貼在兩邊的筒壁上，而并非漂浮在中間的水里。

圓筒形空間站概念圖。圖片來源：NASA Ames Research Center.Model of torus colony。

不過這樣的空間中還會(huì)有另外一個(gè)問題，那就是科里奧利效應(yīng)。這種效應(yīng)可以這樣理解：假如我在地球上，要在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤上面走一條（相對(duì)于地面）的直線，那么我實(shí)際走出的路線，在這個(gè)圓盤上看來卻是一條彎曲的曲線。似乎在圓盤參照系中，我受到了一個(gè)額外的力的作用，垂直于我的運(yùn)動(dòng)方向，這個(gè)假想的力就是科里奧利力。

剛才我們提到，人造重力可以在一個(gè)不停旋轉(zhuǎn)的空間站中實(shí)現(xiàn)，所以這種效應(yīng)也會(huì)影響人們?cè)谛D(zhuǎn)空間站中的生活。問題在于，這種科里奧利效應(yīng)會(huì)在多大程度上影響空間站成員的生活呢？

在上面圖片中這種圓筒狀空間站中，對(duì)于自由落體運(yùn)動(dòng)，下落的高度越高，橫向的偏離就越大；而圓筒空間站的半徑越大，橫向的偏離就越小。如果我們把空間站的半徑建造得足夠大，那么這種科里奧利效應(yīng)造成的自由落體橫向偏離就會(huì)變得很小。

更直觀一點(diǎn)來說，如果我們建造一個(gè)半徑10千米的圓筒空間站，在離內(nèi)壁1米的高度讓一個(gè)小球自由落體，那么小球落地之后的橫向偏離只有不到1厘米。這樣的偏移程度對(duì)空間站中的正常生活就沒有明顯的影響。其實(shí)科里奧利效應(yīng)在地球上也照樣存在，因?yàn)榈厍蛞矔?huì)自轉(zhuǎn)的不是？但是我們正常走路開車打網(wǎng)球，也從來沒有因?yàn)榭评飱W利效應(yīng)受到任何的影響。

實(shí)際上模擬出來的重力加速度是轉(zhuǎn)速和圓筒半徑同時(shí)決定的。只有我們做的空間站半徑足夠大，轉(zhuǎn)速不需要很大即可保證某個(gè)合適的人工重力，這樣科里奧利效應(yīng)也會(huì)被控制得很小。

上面討論的這種圓筒狀的空間站只是“人造重力”模型中比較簡單的一種。20世紀(jì)70年代，曾經(jīng)有過很多的不同的空間站設(shè)計(jì)，另外一種比較簡單的設(shè)計(jì)則是甜甜圈狀的空間站。

甜甜圈狀空間站概念圖。圖片來源：NASA Ames Research Center.Model of torus colony。

蟲族科技可能是什么？

上面我們提到了如何在整個(gè)空間站中制造人造重力，但是在實(shí)際操作中（以及電影小說中），宇航員們難免需要在空間站里提供一個(gè)特別的無重力區(qū)域，來適應(yīng)太空中的失重環(huán)境。那么在空間站的設(shè)計(jì)中，又怎樣達(dá)到這樣的目的呢？

其中一個(gè)重要的方式，就是建立分層。不管是哪種空間站，都可以建立分層，即在距離旋轉(zhuǎn)中心（旋轉(zhuǎn)軸）不同距離的地方建立居住區(qū)，距離中心越近，人造重力就越小。如果我們站在空間站的中心，那么人造重力就為零了。但是越靠近中心，科里奧利效應(yīng)就越明顯。所以如果把電影中的“戰(zhàn)斗室”建立在空間站中軸上面的話，當(dāng)人們從門口跳進(jìn)來時(shí)，旋轉(zhuǎn)會(huì)造成科里奧利效應(yīng)等不必要的麻煩，也會(huì)影響訓(xùn)練的效果。

在《安德的游戲》中，零重力戰(zhàn)斗室的設(shè)計(jì)就更加聰明一些：中間的戰(zhàn)斗室是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，只有外部的生活區(qū)才轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，戰(zhàn)斗室的旋轉(zhuǎn)所導(dǎo)致的問題就不會(huì)發(fā)生了。

《安德的游戲》中的戰(zhàn)斗學(xué)?？臻g站，中間的球體是零重力戰(zhàn)斗室。圖片為電影概念圖。

說了這么多，其實(shí) ISL 上“從蟲族學(xué)來的”的神秘的重力控制技術(shù)并非上述幾種之一，小說中也并沒有給出明確的線索。不過如果我們大膽設(shè)想的話，除了我們提到的幾點(diǎn)外，產(chǎn)生人造重力還可以使用加速過程：比如讓 ISL 一直處在一個(gè)加速過程中、讓 ISL 在廣袤的宇宙中勻加速前進(jìn)，或者讓它在一個(gè)靠近行星的地方懸停。但這是個(gè)很浪費(fèi)能源的方案，不是長久之計(jì)。

還可以讓ISL攜帶一個(gè)大質(zhì)量的物體。在所有備選的物體中，小型黑洞可能是個(gè)不錯(cuò)的選擇：比如捕捉很多小質(zhì)量黑洞，放在一個(gè)裝置中，就可以產(chǎn)生相應(yīng)的重力。但是從捕獲到儲(chǔ)存，按照現(xiàn)在的理論，都還只是天方夜譚。而且，帶著地球這么重的物體，ISL 的機(jī)動(dòng)性簡直會(huì)變?yōu)榱恪?/p>