我如何定量地写科幻小说

镇戎啥也不知道 2018-07-11 15:59:35

好久没写东西了咳咳,不想写的原因(部分)是因为公众号没提供公式编译器。(说着又看了一集futurama)




作为一个nerd,镇戎其实出乎意料地并不怎么喜欢科幻……

尤其是那种……非常基于现实的科幻。

像星球大战(这个算不算科幻另说)什么的,明明白白的写明了并不是这个宇宙发生的事情的,就算你说绝地武士可以用原力超距作用纯能化出生殖细胞(大雾)都没有什么问题。而像基地系列,几万年后的人类进化出了不基于现有物理学的心灵力量……我觉得也可以接受。至于三体里的智子这种……基于量子超距作用的信息传递……虽然现在的物理体系不兼容但是人家科技碾压我们几百年谁知道他们物理体系长什么样呢对吧……

但是有的科幻就……

某个液态金属明明只要在身上绑一圈C4潜伏到目标领袖20米引爆就能完成任务,却偏偏要用小手枪……

某些 明明牙龈都腐烂了,居然还能咬人的尸体……

某被打得到处是电火花的飞行器,重力发生器居然毫发无损……

某千里迢迢来到地球找水的外星智障……(解释一下,隔壁木卫二的水资源比地球多2倍,还纯天然无污染)



至于《北京折叠》什么的,真的只是言情小说而已……(就是在知乎科幻标签的问题里提到的话下会被因为没有帮助折叠的那种,还有我就不谈十万面值的玛丽苏现钞了……)



挂了那么多作品,我觉得我还是说一下我对于科幻作品的观点。根据我(小学)多年看科幻杂志的经验,写一篇不那么糟糕的科幻通常需要做到以下几点。


一,不要像是在说教。不要为了讲一个道理,输出一种价值观而写一个故事。如果这个故事经过根本没有必然性甚至合理性,那么道理也就成了无稽之谈——和那种宣传善恶有报的佛教小故事差不多。比如某些辐射导致变异生物毁天灭地的经典套路。不过很多情况下作者是无辜的——总有一些人看了三体就对现在的退行性左派持鄙视态度,看了弗兰肯斯坦就幻想疯狂科学家要毁灭人性,尽管作者本人可能只是畅想一下在那种情况下可能发生什么。当然这是所有写手通病,只不过因为科幻小说的文学性门槛比较低所以比较容易出现罢了,同理这也会出现在奇幻小说上(比如哈利波特),然而显然不合逻辑的科幻小说比不合逻辑的奇幻小说更能逼死强迫症。

二,不要在全球性问题上扮演上帝。很多科幻作者试图回答一个问题:当XXXX发生时,我们最好的解决方案是什么。然而回答这个问题的时候,任何人的回答都等价于“我能想到的最好的解决方案是什么”。比如一大票丧尸题材的小说就完全低估了高爆弹,燃烧弹甚至手榴弹的杀伤力。所以说在这种意义下,科幻作家总是觉得自己是天下姿势水平最高的人,然而不幸的是,他们并不是华莱士。

三,科幻小说不只是科学术语。科学不是用来显得狂拽酷炫叼咋天的名词。某些科幻简直和修仙小说,把XXXXXX换成小学生初中生高中生啥的(参考小明修仙记)毫无违和感,或者说,根本就是同构的。动不动几千光年的建筑和几百个平行世界啥的,其实也就是村口王师傅的理发店。




当然了,事实上也有很多科幻是真·科幻,它们完全符合我的定义,然而我依然不喜欢看,因为……


BUG实在是太多了啊!分分钟出戏啊!



比如我曾经看到过一篇设想一种利用太阳能分解水产生氢气的细菌毁灭人类文明的故事,而事实上只要稍微计算一下就可以发现把水分解完之前的时间够人类滚出地球一百回了。

大部分科幻小说都喜欢定性讨论,然而有些时候必须定量计算一下才能知道什么叫质的飞跃。


我们来看一个刘慈欣大大推荐的基于化学反应小说的《TSIAL星球上的悲剧》(又名《重冰》),像讲的是某星球上的生命被某种导致水结冰时密度增大的催化剂而毁灭的故事。说真的这已经是算比较符合我心目中的“科幻”的短篇了, 而不是像前面提到的那几个一样只是披了个科幻外衣。

全文我就不放了,(因为我发现放出来的话比我写的其他东西都要长)摘录如下:

这个星球是这样的:

我们还发现,这个星球在那个系统中的大小和位置非常类似于我们的地球,我们在一个荒凉的、寒冷的天气中降落在这个星球上。到处都是冰天雪地。树和植物看来都装饰起来,或者说冻起来了。山上有冰冻的湖泊、河流和冰川。有城市,但是没有生命的迹象。

……我们到处都找不到流水。湖泊都冻成了固体,冰河下面也没有流水。温度并不是非常低——我们从未发现低于-30℃,然而我们在那里时,也从未超过-10℃。我们也必须化冰取水。

而毁灭的过程是这样的:(当重冰催化剂普及整个星球之后……)

随着我们寒冷季节的到来,不方便和麻烦也开始显露出来。对于这最早的寒冷气候说来,湖面上没有冰,只有美丽的晶体沉在湖底,其阴影清晰可见。很快这些晶体在河里成为浮动的“沙棍”。不久,城市的自来水公司发现它的湖水进水口被堵,越来越大的晶体开始充满地下管道。在进水口装上了加热系统,在一段时间内热水也流到我们的家里。后来显然没有任何加热系统,能以松快的速度溶化湖中的重冰来向城市供水。在靠近城市的湖水入口深处还有水,但湖的其余部分很快成了冰晶的固体。随着漂动的晶体增加,河水愈来愈阻塞,最后完全停止流动。依靠河水或湖水生活的城市处于灾难之中。只有井水还可以作水源。
  似乎,我们渡过了寒冷的季节。显然有许多痛苦和死亡,但我们大部分人幸存下来了,随着温暖气候的到来,又产生了新的希望。

虽然冰开始溶化了,但只是表面一层。堵塞的河道无法流水,又发生了严重的水灾。在温暖的季书里,湖的深处仍然有一部分冰冻着。大部分鱼和水生物已经被杀死了。农民们设法种庄稼,但种的粮食也不够吃,食物短缺迫在眉梢。
  又一个寒冷季节的来临,使湖水和河水比去斗固化的更早。又有更大的痛苦,更多的死亡。温暖季节姗姗来迟,而且又短。完全种不出什么庄稼。饥饿和寒冷威胁着我们。

好了让我们来讲讲这个故事的坑爹之处。

首先……以和人类差不多的文明,建立一个小型的,利用太阳能或者核能建立一个小型社区,并不是特别大的问题——维持一个生态圈也许有困难(毕竟有生物圈二号失败的例子),但是建立室内自动化农场所需的科技水平绝对是不高的——因此不可能出现“没有任何生命迹象”这种事情。

当然作为短篇小说,这种bug可以说是为了文学性——若是有TSIAL人幸存并进行了交流,就不会出现将催化剂误带回地球这种戏剧性的事情了。

然而更大的问题在于——这篇小说想要讨论的核心问题很简单:(我们生存的世界)若是冰的密度比水大会怎么样。而作者的观点是:会导致毁灭

这就有问题了。

首先,让我们想想看当水全部结冰的时候,TSIAL星球的平均温度会怎么变化。回忆一下热力学第一定律。宏观的看,TSIAL星球从太阳吸收多少热量,就需要辐射出多少热量(事实上还需要考虑地热)。那么当水全部结冰的时候,TSIAL星球从太阳吸收的热量……会减少吗?







当然会啊!冰的反射率比水大多了啊!白晃晃的一片啊!能量全被反走了啊!


喂你不安套路出牌啊

但是等一下……TSIAL上究竟有多少地方会被冰覆盖呢?

文中似乎没有提到TSIAL星上是否有海洋,如果是一颗以大陆为主的行星的话,根本没有可能大部分被冰覆盖啊!

有人说一颗有生命的行星不应该以大陆为主,因为大量的水具有的高比热容才能够保证一颗星球的温度调节能力:看看月球在向阳面和背阴面的温差就知道了。那么我们来看看有海洋的情况。

地球的海水结冰了,冰层反射走了大部分阳光。

TSIAL星球的海水结冰了,然后……沉了下去。



……

……

……

为什么感觉还是后者会更热啊……




不过……我们好像没有理由认定冰是从洋面上开始结的。我们知道水的密度在四摄氏度下达到最大,因此在深海的海底水温都是在这个温度附近的,随着深度的增加,压强的增大,水的凝固点不断降低,因此水温也会变得更低一些。但是现在,冰变得比水重了,这就意味着随着压强的增大,水的凝固点反而会提高!那么如果重冰是一种比冰更稳定的物质,可以推测其熔化热应该是大于冰的,也就是说大洋结冰需要释放大量的热……所以说应该是这样的:

大洋底部开始结冰并释放热量,这是一个缓慢的过程,直到两者达到平衡,在两者的平衡点,水温为凝结点,略高于0度(因为压强大),而深层水密度也略大于表层水。冬天被冷却的表层水会因为密度增大而下沉,将不那么冷的水翻上来,对流的后果就是让水传热的速度大大上升,于是让平衡点稍稍提高了一点,而夏天由于表层水加热密度下降不形成对流,深层的冰难以融化……于是最终全部冻上了?

可是北半球冬天时南半球是在夏天诶……考虑到全球的情况的话,洋流(密度流)的影响应该会大得多,北半球冬天的寒流究竟能不能被南半球温暖的海水中和呢,最终结果估计要用大型软件模拟了吧。不过我们可以从另一个角度入手。如果用地球的条件近似。地球上的水总量是1360000000立方千米,冰的熔化热(也就是水结冰放出的热量)是336000焦耳每千克(重冰的熔化热应该更大,不过先这么算吧),而与此同时我们知道地球的唯一的散热方式,热辐射的功率是P=σS^2T^4,其中斯忒藩常数σ=5.67×10^(-8)W/(m^2·K^4),S是地球表面积,取地球半径6370km,T是当前地表温度,取290K,那么我们可以得到将这么多水结冰放出的热量需要2.2*10^9秒,相当于二十二亿人每人贡献一秒钟,不对,是相当于71年。这是完全不考虑太阳给地球的热量计算出来的,所以真实情况下,应该至少会有好几个世纪的全球变暖(因为必须提高温度才能够把多余的热量辐射出去呀)……


……

……

……




当然你也可以说这种催化剂从物理上对于水分子就进行了改变——不是化学催化而是核催化,甚至是在夸克层面的催化,比如变成奇异夸克团之类的……不过这样就不是在讨论“如果冰比水重会怎样”了,如果再进行分析完全是过度解读。


在我看来,科幻对于一个设定的定性和定量分析就像是一种现象的理论和工业应用——之间隔了几百篇paper。而更悲剧的是,这些paper不能放在你的科幻小说里:乐观估计每放一篇会减一半的读者,而且只有我这种超级强迫症才会去研究。



所以说我觉得写一篇大部分基于现有科技树的科幻小说是非常困难(且没有必要)的。

不过我还是想给大家做一个示范……


2010年的搞笑诺贝尔物理奖授予了荷兰人的安德烈-盖姆(Andre Geim)和英国人迈克尔-贝瑞(Michael Berry),因为他们使用磁性克服了重力作用,使一只青蛙悬浮在半空中。



(点击原文链接看视频。真是搞不懂为什么放视频会被和谐……真的只是一只青蛙而已啊|O-O|)



有一个中二少年给我提了这么一个想法……


不过少年啊钡餐是不会被吸收的更不用说进入每一个细胞什么的了……

好的首先我来解释一下这个想法。

我们知道,楼造得越高越容易塌掉(废话),同理一个生物体越高,支撑结构(腿啊什么的)受到的压力也就越大,写成压强P=ρgh这个应该是初中知识。对于单个细胞来说,能够承受的压力是非常非常大的。想想看整个人的压力压在脚底的一层真皮细胞上还能不被压碎就知道了。当然为了严谨起见我问了问生物系的同学……


论如何找到你想要的数据

以上还是用了试剂处理的情况嗯……

以及有人发现离心机4000转都杀不死小强……(https://www.zhihu.com/question/40880933)

所以说如果能够做到对每个细胞都施加一个反向的力的话,那么承受10倍重力的加速度是轻松的!



接下来我们来算一下这个想法实现起来需要多大的磁场……


首先我们来理解一下磁悬浮青蛙是怎么做到的。

大部分物体被施加磁场后,由于电子进动或者其他的各种原因,会产生正向或是反向的极化磁场M。极化磁场和外加磁场H0B的比M/H=χ被称为磁化率。比如说铁,就能产生一个非常强的正向极化磁场。下面我用一种比较naive的方式(高中水平)推导一下磁化的物质在磁场中的受力。

首先我们来看一个小线圈,其电流I乘以面积S就是其磁矩μ。我们假设它往磁场疏的地方移动了距离x,看看会做多少功。


灵魂画师镇戎

我们知道电流切割磁力线会做功BLIx(稍微严格一点的说法是电流经过的面上磁感应强度的通量),而磁力线是没有源头的,所以切割的磁力线就是线圈内部在这个过程中减少的磁力线ΔB·S=BLx,也就是说位移x的时候做功ΔB·IS=μΔB,所以我们得到在简单的一维情况下,f=μΔB/x=μdB/dz,(把x换成z是为了稍微好看一点,据说磁化率χ和距离x微信上不太分得出来)等于磁偶矩乘以磁场随位移的变化率(这里各个量的方向需要注意一下,因为前面只是非常粗浅的讨论)。

那么这个磁矩μ和之前的M又有什么关系呢?其实所谓磁化,就是在磁场的作用下按照正向或者反向的排列了起来而已,μ就是某一体积V下所有M的总合M·V。所以说,对于一个物体来说,单位体积下因为磁化的受力应该是f=MV(dB/dz)/V=χμ0BdB/dz

这就是磁铁吸铁的原因。

存在正向极化的物质,也存在反向极化的物质,比如水。所以理论上如果用(超级强的)磁铁靠近水的话应该是会有略微排斥的。不过一般的物质极化率是非常低的,在10^-5的数量级。

我们先来计算一下,需要多大的磁场才能让人浮起来。

磁力和单位体积的重力相等,χBdB/dz=ρg,这里χ指的是其绝对值。利用一点微积分的知识可以得到在脚部磁场为0的前提下 ,头部的磁感应强度应该是B=sqrt(2μ0ρgz/χ)。z是你的身高。为了方便估算,我们用水的数据来计算,如果你是一米七的话,那么头部应该是68T。这个磁感应强度是多大呢,大约是地球磁场的一百万倍,或者是中子星磁场的一百万分之一。

……

……

……

还是举一个日常生活中的例子对比一下吧,核磁共振的磁场是0.3T到3T,造成的效果是这样的:


感谢某些达尔文奖提名者以身试法

然后试试看将磁场放大至少20倍……

估计那时的新闻报道是这样的……

震惊!歼-250歼星舰辐射大过做两百次核磁共振!

第23代空间战斗机试飞员:每次飞行结束都会掉发。

以及微博和公众号文章:

歼250,你不知道那光鲜的数据背后究竟隐藏着什么……

纸面性能真的那么重要吗?X国的武器研发究竟何时才能以人为本?


呃言归正传,这么大的磁场肯定是对人体不利的,这个地没法洗。

不过中二少年的点子在于植入超导体


超导体具有完全的抗磁性,磁力线完全不能进入超导体内部,相当于上式中χ=1。

当然我们没办法把一个人所有部分都变成超导体,假设我们把人体中千分之一的质量变成超导体,相当于χ=0.001。

代入计算得,B=6.5T,好像好多了。即使我们要提高负载到10个重力加速度,也只有B=20T。

不过保险起见,我们还是来一下看一下现在的超导体理论做的怎么样了……(不过其实说超导体具有的抗磁性是有限的,在强磁场下超导性会被破坏,不过这不妨碍我们假设未来发现了一种临界磁场超高的高温超导材料)

目前比较热门的超导体是铜氧化物超导体,用它来实现人体悬浮有两个比较困难的地方。第一要实现超导它至少要长成一个晶体。那么它就很难放进细胞里,除非是用胞吞的方式。第二它是各向异性的,要完美的产生抗磁效果必须按照特定的角度放置。

这两个问题在未来能不能被克服呢,我觉得是不能的。首先铁磁性也好超导性也好,都是一种高级的相变过程。比如说铁磁性,就是因为在考虑一些原子间相互作用下,原子们往同一个方向排列的能量最低。若只是考虑单个的原子,是不存在“铁磁性”的(所以说万磁王能吸你真的不是因为血液里的铁……),所以说如果存在我们需要的超导体,它肯定也是需要一个结构的,而且不太可能是简单的各向同性结构——毕竟现在从事材料学的这么多,要是有的话早发现了。

所以我们应该怎么克服这两个缺点呢……把它们镶嵌到细胞之间的话怎样才能稳稳固定住呢……最终我决定把故事改成这样:

某国研究了一种高速太空战(gou)斗机,其加速度远远超过其他国家的战机。经过秘密调查发现其飞行员经常服用大量神秘药物。而主角们拼死偷回来的药物经化验发现只是一些铜粉和稀土元素粉末……

而真实情况是在某国邪(zheng)恶(yi)的基因改造下那些飞行员的脂肪细胞获得了合成并储存超导体能力……



好无聊的设定啊……

然后我想起了这个新闻:


所以说有这种黑科技干点啥不好嘛,去改造人类飞行员还不如搞条超导体扁担……


GG





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