科幻電影中的相關物理知識探討

趙靜 張文娟 許利軍

【摘要】2019年春節檔，一部《流浪地球》橫空出世，收獲46.96億票房，賺下無數口碑，為我國科幻電影走向世界莫定了基礎，是我國科幻電影的里程碑。無論是歐洲出品，還是好萊塢巨制，只要是科幻電影必然包含著很多的科技知識，硬核科幻更不例外。文章以《流浪地球》為例，探討了電影中包含的一系列物理知識。

【關鍵詞】科幻電影; 《流浪地球》;物理知識

1、引言

隨著科學技術的不斷發展，信息技術已經深入到各行各業。傳統的傳播媒體也已經進行了視覺革命，從以前的黑白電視、藍屏手機，變成了現在的彩色數字化產品。隨著視覺時代的到來，科幻電影應運而生?？苹秒娪?，顧名思義，即以科幻元素為內容的類型片。科幻電影背景可以為任何年代，任何時間，任何地點，看起來天馬行空但是卻邏輯嚴謹?，F在市面上存在的科幻電影可以分為兩個類型，硬科幻和軟科幻。硬科幻以自然科學為基礎，核心是尊重和推崇科學精神，兼具關注科技的發展對人類活動的影響。代表作品：《黑客帝國》、《銀翼殺手》、《攻殼機動隊》。軟科幻是以暢想的中可能的科技為背景，更傾向于關注入文、生活。而它反映的更多為哲學、社會學、心理學、政治學因素。代表作品：《人工智能》。一直以來，科幻電影以歐美電影居多，尤其好萊塢電影。提起科幻電影，人們如數家珍的基本都被好萊塢電影所壟斷。國內之前也打著科幻電影的旗號上映了幾部影片，但不出意外全都撲街了。直到2019年春節檔電影《流浪地球》出現。

2、《流浪地球》物理知識探討

《流浪地球》改編自作家劉慈欣的同名小說，它橫空出世，最終以46.86億票房收官，被人們稱為中國科幻電影的里程碑。作為一部硬科幻作品，影片講述的是為了避免地球被太陽吞噬，人類帶著地球尋找新家園的故事，這個“搬家”過程就是流浪地球。

下面我們從物理學的角度探討一下電影中的物理知識：

2.1 太陽的紅巨星眨介段

影片發生的背景是由于太陽進入紅巨星階段，以防地球被淹沒，人類開始帶著地球搬家。那么，紅巨星階段是哪個階段，有什么特征呢？眾所周知，太陽會由于核聚變而產生巨大的能量，所謂核聚變是指質量較輕的原子核結合成質量較大的原子核從而釋放能量的過程。經科學測算，太陽的壽命約為100億年，現在處于46億年，相當于壯年期，而目前太陽所處的階段為氫核聚變為氦核階段。此時太陽較穩定，但是再過30到50億年，絕大部分的氫核已經聚變為氦核，剩下的氫核聚變過程中產生的能量已經不足以抵抗萬有引力，到時候太陽將向內坍塌，導致壓力劇增，此時氦核進一步發生聚變，聚變過程非常迅速，在短時間內將產生巨大能量，這個現象稱為氦閃，之后太陽將膨脹進入紅巨星寫）段，由于太陽的體積大幅增加，所以將會把水星、金星等星座包圍進去，而地球也將不能幸免于難。

2.2 地球能否人為停止自轉

地球自轉時，產生的轉動能量為：2.57*10²⁹焦耳。1945年，美國投于日本長崎的“胖子”原子彈，能量約為20000噸TNT當量，也就是約為8*10¹⁰焦耳，可見能毀掉一個城市的原子彈能量在地球的自轉能量面前是微乎其微的。根據影片中行星發動機的推力，根據牛頓第二定律可以得到地球獲得的加速度約為2.5*10^-7m/s²，在赤道附近的轉動速度約為460m/s加果行星發動機能源源不斷地產生推力，經計算，讓地球停止的時間約為60年。

2.3 地球停止自轉的后果

首先，人類生活的陸地之所以會存在，是因為由于地球自轉產生的離心力作用使得海洋向赤道附近聚集，而一旦地球停止轉動，離心力消失，海洋將向兩極流動，人類賴以生存的陸地將會被淹沒。

其次，由于地球自轉，我們每天有白天和黑夜。如果地球停止轉動，朝向太陽的一面永遠是白天，而背對太陽的一面永遠是黑夜，黑夜這一面由于長期得不到太陽光的照射，溫度持續降低，不適宜人類生存。

最后，地球自轉會產生磁場，磁場保護地球上的人類免受太陽風的沖擊，一旦地球停止轉動，磁場消失，太陽風沒有任何阻礙，人類將隨時隨地會受到太陽風的沖擊。

2.4 脫離木星引力方法的合理性

電影中為了使用木星對地球加速，聯合政府提出了引力彈弓效應。引力彈弓效應實際上廣泛應用于探測器飛行中，這種加速方式比較節省能源。它的原理是當行星吸引探測器或者其他天體時，由于其自身也在繞太陽轉動，當探測器或其他天體逃離時，相當于增加了一部分行星的轉動速度。地球由于受到木星的吸引，即將進入剛體洛希極限。這個極限指的是地球被木星的潮汐力撕碎的最小距離。只有大于這個距離地球才是安全的。影片中在地球即將進入木星的洛希極限之前，吳京所飾演的宇航員劉培強駕駛著空間站在粒子流中爆炸，爆炸所產生的巨大能量將木星的大紅斑點燃，從而產生巨大沖擊波將地球推走，避免了被撕碎的危險。那么木星大紅斑真的能被點燃嗎？產生的沖擊波真的能將地球推走嗎？

據科學觀測，木星是一顆密度低，體積大的大行星，自轉的速度為48280km/h，在木星的表面有一團深褐色的下沉氣流，稱為大紅斑。木星的氣流運動變化很大，大紅斑長度在20000-30000千米不等。而地球的平均直徑為12742km，還沒有大紅斑大。點燃大紅斑就是點燃大紅斑中的氫，若要將氫嫩燒，需要地球提供充分的氧氣混合。而空間站爆炸后產生的能量與大紅斑接觸時間很短，氧氣和氫氣達不到均勻混合，產生不了大規模的燃燒。沒有大規模的燃燒，產生出的沖擊波對地球本身也產生不了特別大的影響。

3、結論

電影是一門藝術，存在許多大膽且富有想象力的內容，盡管從物理學的角度來看，有一些內容可能脫離實際，但是，我們不能以真實的物理知識去挑毛病，要不然任何科幻電影包括美國大片都站不住腳。觀眾不僅可以通過欣賞電影激發想象力，從而推動科技發展，而且能夠培養正確的宇宙觀。許多優秀的科幻電影能夠引導科學家的思路，將想象變為現實。比如19刀年的《星球大戰》中的3D全息投影，現在已經變為現實，《A.I》中提及的人工智能，現在已經被人們熟知，過不了多久，也許就會走進千家萬戶。因此，科幻電影不僅能夠豐富我們的知識，還能讓我們的生活更加美好。

參考文獻：

[1]李輝.《影視資源在高中物理教學中的應用》[D].華中師范大學碩士學位論文.2016.05.

[2]于永健、侯新杰.《電影流浪地球相關原始物理問題探討》[J].物理教學.2019.11.