“高司令（RyanGosling）从来不演烂片！”《挽救计划（ProjectHailMary）》的确成了这个春天最大的惊喜。和电影一样，原著小说也是非常精彩，很推荐配合影片阅读。这个故事建立在一个虚构设定的基础上——“噬星体（Astrophage）”，一种太空中的微生物。它会让太阳变暗，减弱地球所接收的太阳能，所以人类才要想办法去解决这个末日危机；而噬星体又能够当做太空飞船的发动机使用，成了解决这场危机的关键资源之一。没有看过原著小说的朋友们，在观影后或许会觉得有点迷糊：这个“噬星体”到底是什么东西呢？“噬星体”浑身都是宝原著对“噬星体”有很详细的设定：它是一种生命，太空中的微生物，没有智慧，依靠太阳能生存。这种生物的核心机制，是作者安迪·威尔自称“故事中唯一真正违反物理学的设定”（仅在量子层面），其余部分有着科学基础：能量吸收：通过虚构的“超截面性”（supercross-sectionality）特性，能捕获现实中几乎不与物质相互作用的中微子，将恒星热能以E=mc²质能方程形式储存为自身质量，1g噬星体就蕴含着接近于25000兆瓦时的能量，相当于三峡大坝满负荷发电一小时，又或者是当量两万吨的一颗核弹；推进移动：储存的能量可转化为佩特洛娃波段的红外光释放，产生反冲动量作为推进剂，使噬星体能以高达0.92倍光速在星际间移动；能量效率：几乎可将全部质量转化为能量，效率远超核反应（太阳45亿年仅转化0.03%质量，而噬星体几乎100%转化）；繁殖手段：它需要二氧化碳来进行繁殖。所以它在接近太阳之后就会在吸收完能量之后发出红外线，移动到金星进行繁殖。这就解释了为什么在故事中，它会对人类造成如此巨大的危机：归根结底我们的所有能量来源都是太阳，而噬星体的指数级增长将吃掉太阳能，最终导致人类灭绝。但是与此同时，它又是一种无限接近于理想的太空航行燃料：除了蕴含极大能量，和可以近乎百分百将质量转化为能量之外，它还是通过发射红外光获得推力的。在太空当中发动机都需要喷射工质获得动量，而最基本的牛顿力学已经告诉我们，在喷射工质的质量相同的情况下，喷射速度决定了飞船获得动量的大小。火箭发动机的核心指标“比冲”实际上就是衡量喷气速度，而相对论则告诉我们，宇宙中最高的速度是光速——也就是说理论上最好的火箭发动机就是发射光线的，只不过需要极其、极其、极其夸张的发射功率，而正好噬星体完美的解决了这一问题（原著中设定了特殊的散热方式）。所以，故事中高司令乘坐的这艘太空飞船，就能够依靠2000吨的噬星体燃料飞到12光年之外。没有吃掉太阳，只是“大自然的搬运工”但是！这里我们就要说但是了：有没有一种可能，我们并不需要解决这个危机？噬星体并不是来毁灭人类的，而是人类有史以来最大的“大自然恩赐”？原著里，地球在撒哈拉沙漠铺设了上万平方公里的太阳能板，才攒出2000吨噬星体燃料用来驱动飞船。提出这一构思的那位专家说过：如果不是它要毁灭太阳，噬星体就是人类走的最大的狗屎运。实际上，噬星体真正的价值远不止作为一次性的飞船燃料。如果这种生物真的存在，它将会帮助我们获得无限的能源。在原著设定中，噬星体的特点是：它的“体温”是96.415℃，将会吸收外界一切高于此温度的能量，转换成质量，然后发射单一、精确的波长25.984微米单色红外光。那么，一个很自然的想法就是：我们要么就使用光伏板吸收这种红外光；或者，用人类最古老的技术：烧开水，也就是加热工质推动轮机发电。然而目前我们并没有发明出一种十分高效的能够吸收近红外光的光伏材料，就算发明了，转换率也不会超过30-40%。那么我们就直接用噬星体烧开水怎么样？我们可以构想一种名为“闭式热机”的方案。简单来说，就是将噬星体封装在特殊的真空舱内，让它持续发出红外线，但不接触任何气体。这些红外线被舱壁吸收后加热工质——比方说，水蒸气，推动涡轮发电。想到这里，出现了一个新的老问题：传统的烧开水效率也不高，也是最多能够利用40%的能量，效率还是太低了，怎么办？这里我们再次回顾噬星体的妙妙特性：它能吸收96摄氏度以上的所有热量并用来维持自身生存。这意味着，发电过程中产生的废热可以被噬星体回收，作为它继续发光发热的能量来源（这种类似永动机的推论有悖热力学第二定律，但“噬星体”的科幻设定特征就是如此）。那么，根据热力学，这就构成了一个理想的卡诺热机，那么这个卡诺循环的效率就单纯的根据热端和冷端的温度差来决定（公式是效率=1-冷端温度/热端温度）：冷端的温度就是固定的96摄氏度（约369开尔文），效率只取决于，我们能够将热端的温度提到多高——在这种情况下，超超临界的水蒸气温度600摄氏度就不够看了，我们可以使用氦气作为工质，将气体工作温度提升到4000开（现实中几乎还没有发现能承受如此温度的材料），于是，我们就获得了一种恐怖的效率接近90%的发电机，远超人类现有的任何能源技术。甚至，如果我们展望更远一点，还可以使用磁流体发电机：高温电离气体（等离子体）通过磁场时，洛伦兹力分离正负电荷，直接产生电流，无需涡轮机或活塞。这种发电机的热端温度将超过10000开，进一步将效率提升到95%以上。更重要的是，这种能源几乎是无污染的。噬星体通过质能转换释放能量，不产生二氧化碳，不排放硫化物，也没有核废料。唯一的“排放物”是它在发电过程中损失的质量——但这点质量相对于它蕴含的总能量来说微不足道。一克噬星体发出的电能，足够一座大城市使用一段时间，而它的质量损失还不到千分之一毫克。等等，戴森球这不就来了么？接下来是更宏大的构想：戴森云。原著中，人类为了收集2000吨噬星体，不得不在撒哈拉沙漠铺设了上万平方公里的太阳能板。这个思路其实局限了——既然噬星体在太空中可以直接吸收恒星光，我们为什么要把它限制在地球上呢？想象一下，在地球轨道上，或者更远的太空中，部署数以万计的自动化噬星体培育站。每个培育站都是一个巨大的透明薄膜结构，内部是精心控制的真空环境，漂浮着噬星体种群（二氧化碳可以从地球运输上去）。这些培育站直接面向太阳，让噬星体尽情地吸收光能，增加质量。由于太空中没有重力，也不需要考虑占地问题，这些培育站可以做得极大，数万平方公里只是起步价，却只需要极少的结构材料支撑。当培育站中的噬星体“吃饱”了，也就是达到了能量饱和状态，自动化系统就会将它们收集起来，转移到附近的发电单元。在那里，噬星体被安全地封装在燃料舱内，直接运送回地球，然后通过上述的发电机发电。是的，一个戴森球的变形。传统的戴森球设想是用固体壳层包裹太阳，收集所有光能，但那样的工程浩大到几乎不可能实现，而且壳体本身的重力应力会撕裂任何已知材料。但用噬星体来构建戴森云就现实得多：我们不需要建造坚固的壳层，只需要发射大量轻质的薄膜培育站，让它们像云一样漂浮在太阳周围。每个培育站都是独立的，可以模块化制造，批量发射。随着技术的成熟，这种戴森云可以逐步扩展。最初只是在地球轨道附近部署几个试验站，然后扩展到火星轨道、木星轨道，最终形成一个稀疏但巨大的网络，包裹整个内太阳系。这些培育站收集的太阳能不再是直接转化为电能，而是先转化为噬星体的生物质能——也就是质量。这种能量储存方式比任何电池都高效，储存密度高出十个数量级。当戴森云完全建成后，人类将拥有近乎无限的能源。太阳每秒辐射的能量中，被噬星体捕获并转化储存的部分，可以轻易地满足人类未来数千年甚至数万年的能源需求。而且，由于噬星体本身可以作为飞船燃料，这些分布在太阳系各地的能源站同时也是星际舰队的补给站。飞船不再需要携带全部燃料出发，而是在航行途中不断从戴森云节点补充“新鲜”的噬星体燃料。这种能源系统的另一个巨大优势是它的可调度性。传统的太阳能和风能受限于天气和昼夜，但分布在太空中的噬星体培育站可以全天候工作。地球上的太阳能站还要考虑白天晚上，太空培育站并不需要。当某个区域需求激增时，储存在的噬星体燃料可以立即投入使用，不需要像核反应堆那样缓慢启动。从更长远的时间尺度看，噬星体甚至可能帮助人类改造其他行星。比如金星，设定中噬星体的繁殖基地，这颗行星有着浓厚的二氧化碳大气和极高的表面温度，对人类来说是地狱，对噬星体却是天堂。我们可以主动向金星大气层投放更多的噬星体种群，让它们利用金星丰富的二氧化碳繁殖，同时吸收太阳辐射。这不仅能降低金星的温度（因为噬星体截获了原本会加热地表的阳光），还能产生巨大的能量输出。最终，我们甚至可以用噬星体引擎将金星多余的二氧化碳质量发射到太空，逐步改造这颗行星的大气成分。届时，人类将把金星整体改造成一个巨大的噬星体培育站，光是金星所获得的能量就足以轻松地弥补掉地球损失的能量。“完美”的爽文结局回到最初的问题：噬星体真的是末日吗？从能源的角度看，它更像是宇宙送给人类的一份礼物。它解决了人类文明发展的根本瓶颈——能源密度。化学能太弱，核能太危险，太阳能太分散，而噬星体提供的质能转换，恰好处于“足够强大又足够可控”的甜蜜点上。当然，这一切的前提是我们要学会与它共处。我们必须建立比核安全更严格的生物安全协议，确保这些微生物永远不会出意外——毕竟它的能量密度接近反物质，1g就有一颗核弹的能量，比核弹还要危险上亿倍。我们需要发展磁流体技术、闭式循环技术，以及自动化的太空培育技术。这些都是巨大的挑战，但与获得的收益相比，这些投入微不足道——当然，到那个时候人类再发射几艘恒星际飞船，前往12光年以外的天仓五，寻找噬星体的起源和天敌以更好的控制它们，也不是不可以嘛。那么我们可以这样说：小说里的那个将会灭绝人类的太阳危机，实际上是不会发生的。假如噬星体真的存在，以人类目前的航天技术和工程技术，再加上对噬星体生命机制的深入研究，只需要数十年，人类就可以在轨道上建立起第一座噬星体培育站，再过数十年，人类将正式迈入卡尔达肖夫指数中的I型文明——能够利用母星全部可用能源的星际文明。而这一切，可能都始于那场看似毁灭性的“太阳变暗”危机。就像那位太阳能专家说的，如果不是它要毁灭太阳，噬星体就是人类踩到的最大的狗屎运。现在，我们有机会把它从灾难变成阶梯，踩着它走向星辰大海。届时，孩子们在学校里学到的将不再是“石油时代”或“核能时代”，而是“噬星体纪元”——一个人类真正掌握质能转换、拥有无限能源的黄金时代。作者：邓思渊卧虫科学审核及建议：Steed封面图来源：Giphy内文插图来源：Giphy和NanoBanana生成点个“小爱心”吧
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