科幻电影中的相关物理知识探讨

赵静 张文娟 许利军

【摘要】2019年春节档，一部《流浪地球》横空出世，收获46.96亿票房，赚下无数口碑，为我国科幻电影走向世界莫定了基础，是我国科幻电影的里程碑。无论是欧洲出品，还是好莱坞巨制，只要是科幻电影必然包含着很多的科技知识，硬核科幻更不例外。文章以《流浪地球》为例，探讨了电影中包含的一系列物理知识。

【关键词】科幻电影; 《流浪地球》;物理知识

1、引言

随着科学技术的不断发展，信息技术已经深入到各行各业。传统的传播媒体也已经进行了视觉革命，从以前的黑白电视、蓝屏手机，变成了现在的彩色数字化产品。随着视觉时代的到来，科幻电影应运而生。科幻电影，顾名思义，即以科幻元素为内容的类型片。科幻电影背景可以为任何年代，任何时间，任何地点，看起来天马行空但是却逻辑严谨。现在市面上存在的科幻电影可以分为两个类型，硬科幻和软科幻。硬科幻以自然科学为基础，核心是尊重和推崇科学精神，兼具关注科技的发展对人类活动的影响。代表作品：《黑客帝国》、《银翼杀手》、《攻壳机动队》。软科幻是以畅想的中可能的科技为背景，更倾向于关注入文、生活。而它反映的更多为哲学、社会学、心理学、政治学因素。代表作品：《人工智能》。一直以来，科幻电影以欧美电影居多，尤其好莱坞电影。提起科幻电影，人们如数家珍的基本都被好莱坞电影所垄断。国内之前也打着科幻电影的旗号上映了几部影片，但不出意外全都扑街了。直到2019年春节档电影《流浪地球》出现。

2、《流浪地球》物理知识探讨

《流浪地球》改编自作家刘慈欣的同名小说，它横空出世，最终以46.86亿票房收官，被人们称为中国科幻电影的里程碑。作为一部硬科幻作品，影片讲述的是为了避免地球被太阳吞噬，人类带着地球寻找新家园的故事，这个“搬家”过程就是流浪地球。

下面我们从物理学的角度探讨一下电影中的物理知识：

2.1 太陽的红巨星眨介段

影片发生的背景是由于太阳进入红巨星阶段，以防地球被淹没，人类开始带着地球搬家。那么，红巨星阶段是哪个阶段，有什么特征呢？众所周知，太阳会由于核聚变而产生巨大的能量，所谓核聚变是指质量较轻的原子核结合成质量较大的原子核从而释放能量的过程。经科学测算，太阳的寿命约为100亿年，现在处于46亿年，相当于壮年期，而目前太阳所处的阶段为氢核聚变为氦核阶段。此时太阳较稳定，但是再过30到50亿年，绝大部分的氢核已经聚变为氦核，剩下的氢核聚变过程中产生的能量已经不足以抵抗万有引力，到时候太阳将向内坍塌，导致压力剧增，此时氦核进一步发生聚变，聚变过程非常迅速，在短时间内将产生巨大能量，这个现象称为氦闪，之后太阳将膨胀进入红巨星写）段，由于太阳的体积大幅增加，所以将会把水星、金星等星座包围进去，而地球也将不能幸免于难。

2.2 地球能否人为停止自转

地球自转时，产生的转动能量为：2.57*10²⁹焦耳。1945年，美国投于日本长崎的“胖子”原子弹，能量约为20000吨TNT当量，也就是约为8*10¹⁰焦耳，可见能毁掉一个城市的原子弹能量在地球的自转能量面前是微乎其微的。根据影片中行星发动机的推力，根据牛顿第二定律可以得到地球获得的加速度约为2.5*10^-7m/s²，在赤道附近的转动速度约为460m/s加果行星发动机能源源不断地产生推力，经计算，让地球停止的时间约为60年。

2.3 地球停止自转的后果

首先，人类生活的陆地之所以会存在，是因为由于地球自转产生的离心力作用使得海洋向赤道附近聚集，而一旦地球停止转动，离心力消失，海洋将向两极流动，人类赖以生存的陆地将会被淹没。

其次，由于地球自转，我们每天有白天和黑夜。如果地球停止转动，朝向太阳的一面永远是白天，而背对太阳的一面永远是黑夜，黑夜这一面由于长期得不到太阳光的照射，温度持续降低，不适宜人类生存。

最后，地球自转会产生磁场，磁场保护地球上的人类免受太阳风的冲击，一旦地球停止转动，磁场消失，太阳风没有任何阻碍，人类将随时随地会受到太阳风的冲击。

2.4 脱离木星引力方法的合理性

电影中为了使用木星对地球加速，联合政府提出了引力弹弓效应。引力弹弓效应实际上广泛应用于探测器飞行中，这种加速方式比较节省能源。它的原理是当行星吸引探测器或者其他天体时，由于其自身也在绕太阳转动，当探测器或其他天体逃离时，相当于增加了一部分行星的转动速度。地球由于受到木星的吸引，即将进入刚体洛希极限。这个极限指的是地球被木星的潮汐力撕碎的最小距离。只有大于这个距离地球才是安全的。影片中在地球即将进入木星的洛希极限之前，吴京所饰演的宇航员刘培强驾驶着空间站在粒子流中爆炸，爆炸所产生的巨大能量将木星的大红斑点燃，从而产生巨大冲击波将地球推走，避免了被撕碎的危险。那么木星大红斑真的能被点燃吗？产生的冲击波真的能将地球推走吗？

据科学观测，木星是一颗密度低，体积大的大行星，自转的速度为48280km/h，在木星的表面有一团深褐色的下沉气流，称为大红斑。木星的气流运动变化很大，大红斑长度在20000-30000千米不等。而地球的平均直径为12742km，还没有大红斑大。点燃大红斑就是点燃大红斑中的氢，若要将氢嫩烧，需要地球提供充分的氧气混合。而空间站爆炸后产生的能量与大红斑接触时间很短，氧气和氢气达不到均匀混合，产生不了大规模的燃烧。没有大规模的燃烧，产生出的冲击波对地球本身也产生不了特别大的影响。

3、结论

电影是一门艺术，存在许多大胆且富有想象力的内容，尽管从物理学的角度来看，有一些内容可能脱离实际，但是，我们不能以真实的物理知识去挑毛病，要不然任何科幻电影包括美国大片都站不住脚。观众不仅可以通过欣赏电影激发想象力，从而推动科技发展，而且能够培养正确的宇宙观。许多优秀的科幻电影能够引导科学家的思路，将想象变为现实。比如19刀年的《星球大战》中的3D全息投影，现在已经变为现实，《A.I》中提及的人工智能，现在已经被人们熟知，过不了多久，也许就会走进千家万户。因此，科幻电影不仅能够丰富我们的知识，还能让我们的生活更加美好。

参考文献：

[1]李辉.《影视资源在高中物理教学中的应用》[D].华中师范大学硕士学位论文.2016.05.

[2]于永健、侯新杰.《电影流浪地球相关原始物理问题探讨》[J].物理教学.2019.11.