在《三体Ⅲ·死神永生》中,程心从肥皂小船实验中得到灵感,破译了云天明给出的最后一个暗示:三体光速飞船采用空间曲率驱动。
“AA拿过程心叠好的带篷的小纸船,称赞很漂亮,然后示意程心也进浴室。在盥洗台上,她用小刀片从香皂上切下了小小的一片,然后把小纸船的尾部扎了一个小孔,把那一小片香皂插入小孔中,抬头对程心神秘地一笑,轻轻地把纸船放进已灌满水并且水面平静的浴缸中。小船向前移动了,在这片小小的水面上,从此岸航向彼岸。”
原理解释
1. 小船为什么会移动?
把一艘纸船放到水面上,由于表面张力的存在,纸船会漂浮在水面上。肥皂里面含有表面活性剂(可以降低水的表面张力),当小船尾部的香皂溶解到水中时,小船尾部的表面张力降低,小船前部的表面张力不变,这样就像拔河一样地把小船迅速拉到了前方。
2. 什么是表面张力?
液体具有表面张力,这里以水为例。水是有许多水分子组成的,水分子无时无刻地运动着,它们之间同时存在着吸引和排斥的力。分子间距离近时,相互排斥;距离远时,相互吸引。
水面表层的分子非常活跃,常常挣脱其它水分子的束缚,挥发到空气中。这就导致表面的水分子数量较少、距离较远,此时表面的水分子会相互吸引,紧紧联系在一起,这就是水的表面张力。
表面张力可以解释生活中的很多现象:雨后荷叶上凝聚的露珠;水黾(min)可以在水面上自由的滑行;回形针可以漂浮在水面上……
一触即发的表面张力
实验材料:
牛奶、纸盘、水彩颜料、洗洁精(洗衣液)、棉签、滴管。
实验步骤:
1. 将适量牛奶倒入纸盘中,铺满纸盘底面。
2. 向调色盘中挤入喜欢的颜色,滴加少量水(需要自己实验控制)稀释颜料。
3. 待牛奶表面平静后,在牛奶的中心滴加2~5滴颜料。
4. 最后,向颜料中心滴加1滴洗洁精,观察颜料的变化。
深度阅读
关于三体的空间曲率驱动,大刘是这样写的:
如果把宇宙的整体想象为一张弧形的大膜,虽然膜的局部看似平面,但空间曲率还是无处不在。
关于宇宙航行的设想,其中之一是空间折叠:把大范围空间的曲率无限增大,像一张纸一样对折,把“纸面”上相距千万光年的遥远的两点贴在一起。这个方案实质上并不是航行到目的地,而是通过改变空间曲率把目的地拖过来。
一艘太空飞船,如果能够用某种方式把它后面的一部分空间熨平,减小其曲率,那么飞船就会被前方更大的空间拉过去,这就是曲率驱动。曲率驱动不可能向空间折叠那样瞬间到达目的地,但却有可能使飞船以无限接近光速的速度航行。