难得素目前可以公开的情报:
用途:难得素在23世纪世界观内,可以使大质量载具实现低空漂浮。难得素载具主要用于地表悬浮。难得素为耗材,工作在某种激发下。
价格:在23世纪的技术水平人类还未完全拥有在恒星进行大宗贸易的能力,大宗贸易仅能通过星门进行。这是由于聚变发动机的能力限制飞船从地球出发飞往南门二,保持20%光速的巡航速度。消耗的燃料质量要占飞船出发质量的96.6%以上。这也导致在南门二开采的难得素单位质量的价格应该非常昂贵。
组成:在如此昂贵的价格下人类还需要进行星际开采。证明对于23世纪人类的技术水平,难得素不能制备或者不能低成本制备。根21世纪的天文观测,宇宙的均匀性质,太阳系和南门二以及其他恒星理论上物质组成不会有很大区别。不可能存在南门二自然存在而太阳系不可以合成的物质。这导致难得素的物质组成很可能不能被21世纪物理学解释。
设定标准:
我们尝试对难得素进行设定,有如下三种选择
1 解释并提出难得素的微观机制并在21世纪物理学下可行。
2 得到一个可供计算的唯象模型,模型中涉及的机制这个机制并不能完全利用21世纪解释。
3 不加解释上手就用。
这三种设定选择基本就是23世纪设定也会遇到的。对于第一个选择是科研级别,搞定可以顺手拿个诺贝尔奖再分群友们几个院士。第三个,一定意义上是多数科幻小说的选择,但是23世纪进行设定希望得到的是第二种。这是由于23世纪是某些设定下的集体创作,一个作者可能可以处理好不进行详细解释的设定使用,避免吃书现象。但是如果不同人进行创作不对概念进行详细解释疯狂吃书不可避免。
以上就对难得素的设定给出了限定,难得素原理不能过于简单导致难得素可以合成(不能是常温超导态)。而且要符合23世纪的技术水平不能由于难得素改变现有23世纪的生产模式(不能依靠难得素进行大型飞船起降)。
其次就是设定的附加要求,尽量满足21世纪现有物理学的基本规律,不让非理学本科学位的人发现破绽。尽量设定形成科技树与其他设定有一定联系,技术通常都不是孤立的。
具体设定
首先说明几个已经被否定的设想:
Q:难得素是负质量物质?
解释:负质量不能实现悬浮。很多人这样想是没有考虑牛顿运动方程也有m,
█(ma=G Mm/r^2 #(1) )
m可以被约掉。最后运动方程和m无关。单纯负质量没有帮助。
Q:难得素是常温超导体?
常温超导对23世纪不是高技术含量的东西,目前人类已经可以实现-23摄氏度的超导。(高压下)。23世纪在翡翠文明的加持下常温超导还没烂大街,23世纪物理学家们就该去切腹。
几种可能的设定:
Q:难得素是特殊的物质可以让引力变为斥力。
根据(1)式要要有斥力。可以让惯性质量m_a大于0,引力质量m_g不等于惯性质量且小于0.
█(m_a a=G Mm_g/r^2 #(2) )
考虑载具质量m_z,以及其他外部调整力F_w
█((m_a+m_z )a=G (〖M(m〗_g+m_z))/r^2 +F_w#(3) )
利用上式可以描述载具的运动。令m_g+m_z=0则实现悬浮。
存在问题:上式不能避免载具飘向太空的情况。从上式也不能得到难得素为耗材的迹象。其次负引力质量带来的后果没有被充分考虑。
Q:难得素可以让载具实现类似地球同步轨道卫星一样的悬浮。
利用惯性质量不等于引力质量(但是都大于0),假设载具静止在赤道。其实际在以500m/s的高速进行圆周运动。
(m_a+m_z )v^2/r=G (〖M(m〗_g+m_z))/r^2
增加惯性质量就能让离心力抵消重力实现悬浮。需要频繁改变m_a使得载具悬浮。已于解释让难得素消耗。理论上可以在远离地表地区悬浮,但是载具升高会困难。
存在问题:增大惯性质量必然导致机动性变差。不清楚增加惯性质量引发得的物理后果,惯性质量改变会导致动量不守恒。
Q:引入第5种和引力相关的相互作用。
势能满足控制势能最稳定位置在地表附近,一个例子
V=-G Mm_z/r+a e^br/r
设计合适的力的形式和参数就能拟合很多复杂的要求。
存在问题:可选参数和形式太多,计算上会比较复杂。如果进行仔细计算和参数选择可以保证限制高度。只是一个大框架。
(by 王大可)