为什么谁也举不起雷神之锤?

2014年11月15日10:17:46 发表评论 1,971

为什么谁也举不起雷神之锤?

      来源:腾讯科技    作者:长歌

对物理学而言,这是一个令人振奋的时代,最近的一些实验提供了很多有用的信息,帮助我们进一步了解自然界中最重要的一些未解之谜。

欧洲核子研究组织(CERN)的大型强子对撞机发现了希格斯玻色子,这是标准模型中最后一个未被实验证明的基本粒子。这项实验将我们对基本粒子质量起源的理解向前推进了一步。

天体物理学家发现宇宙正在加速膨胀,这意味着75%的宇宙都由“暗物质”组成。而最近的《复仇者联盟:奥创时代》预告片又一次提出了一个存在已久的开放性问题:绿巨人能否举起雷神之锤?

这个预告片于10月28日在美剧《神盾局特工》播出期间首映。在片中,复仇者们穿着休闲服聚在托尼·斯塔克(Tony Stark)的空中别墅里,席间讨论起雷神之锤“妙尔尼尔”(Mjolnir)的魔力。这个锤子只能被它认为“值得托付”的人举起,无论谁举起妙尔尼尔,都将“拥有雷神的力量”。

雷神索尔把他的锤子斜放在茶几上,锤子有一半被茶几上的几本书撑住。各路英雄争相举锤,但却无一成功。随后,索尔亲自上阵,轻而易举便把锤子抛向空中,并顺势接住。

为什么谁也举不起雷神之锤?

那么问题来了:为什么谁都举不起妙尔尼尔?

天体物理学家、海登天文馆馆长尼尔·德格拉斯·泰森(Neil deGrasse Tyson)推测,如果妙尔尼尔使用中子星物质制成,它就能达到3000亿头大象的重量,因为这是在黑洞之外,整个宇宙中密度最大的一种物质。

水的密度是1克/立方厘米,铅的密度是7克/立方厘米,但与中子星物质相比却不值一提,后者的密度高达1亿吨/立方厘米。在这种情况下,妙尔尼尔的重量约等于12000万亿磅(约合5443万亿千克)。我知道斯塔克很有钱,可就算他家的茶几能支撑如此重量,恐怕也没有任何一本书可以承受这么大的压力。所以,我们必须通过其他的途径来解释,为什么只有索尔能举起妙尔尼尔。

根据挪威神话和Marvel Comics的描述,妙尔尼尔用“uru金属”制成,多年前由铁匠Etri在一颗垂死之星的中央锻造而成。据说“uru金属”的神奇之处在于,它能将索尔之父奥丁(Odin)赋予它的魔力传递给新的主人。但在这个问题上,我们不会考虑神话和漫画书中的虚幻内容,而是准备对好莱坞电影所涉及的真实世界加以分析。

在2011年的影片《雷神索尔》中,这位挪威神话人物被描述为一个外星人,他们星球的科学比21世纪的地球先进得多,所以他们所具备的能力在我们看来与魔法无异。既然如此,我们可以推测,妙尔尼尔采用的“uru金属”肯定具备某些特性,只有这样才能解释《雷神索尔》和《复仇者联盟》中的一些场景。

在《雷神索尔》中,当奥丁计划将他的儿子放逐到地球时,他对妙尔尼尔耳语道:“无论谁能拿起锤子,如果值得托付,就为他赋予雷神的力量。”在如今这个互动技术和语音识别软件广泛普及的年代,这种通过语音指令对雷神之锤操作系统进行重新编程的技术算不上什么“魔法”。然而,锤子中嵌入的纳米技术究竟是如何执行奥丁指令的,却远远超越了现代科技所能达到的能力。

在《复仇者联盟:奥创时代》中,斯塔克怀疑锤杆上有生物传感器,可以在索尔抓住妙尔尼尔时识别他的身份。从某种意义上讲,他说的没错。只不过,锤子所读取的并非索尔的指纹。最有可能读取的是一种复杂的生物学和心理学资料,从而判断出试图举起锤子的人究竟有多么“值得托付”。

这便可以解释,美国队长史蒂夫·罗杰斯(Steve Rogers)为何能够移动锤子(尽管只是轻微移动),而斯塔克和詹姆斯·罗迪(Jim Rhodes)即使使用了钢铁侠和钢铁爱国者的辅助手套,也仍然无法挪动妙尔尼尔半分。但如果妙尔尼尔的纳米技术探测到“不值得托付”的人试图举起它时,它又是如何避免自己被移动的呢?

答案来自牛顿第一运动定律,任何物体都会保持静止或匀速直线运动状态,直到有“净外力”迫使其改变这种状态。这里的关键词是“净外力”。当雷神之锤放在茶几上时,它本身的质量与地球的质量之间的万有引力会向其施加一个向下力,也就是我们所说的“重力”,书和桌面则会提供一个反作用力。这种反作用力在物理学中被称作垂直力(因为它垂直于任何表面),其本质是静电。除非失效,否则这种力很容易被认为是理所当然的(例如当有人在桌子上放置数千吨的物体,而桌子只能提供数百磅的反作用力时。)

当斯塔克试图用他的钢铁侠手套举起妙尔尼尔时,他施加了巨大的向上力,比锤子的重量还大,但锤子依然纹丝不动。那么额外的向下力来自哪里呢?唯一的解释就是“uru金属”的独特性质——在受到适当的刺激时,它可以释放大量的重子。

在地球上,这些基本粒子的存在与否尚未通过实验证明。但按照电影和漫画的描述,索尔所属的Asgardian人在科学上远远领先我们。据推测,重子是用来传输重力的,如果一个物体释放额外的重子,就相当于增加了质量。因此,当“不值得托付”的人施加了向上力时,“uru金属”就会增加雷神之锤的重量,恰到好处地抵消这个力,使之保持静止状态。

当斯塔克和罗迪同时施加更大的向上力时,重子的释放速度也会加快,从而抵消他们施加的所有外力。额外增加的重量不会破坏茶几,因为“uru金属”释放的重子数量恰到好处,刚刚足以抵消所有的向上力,保持锤子的静止状态。一旦向上力消失,“uru金属”也将停止释放额外的重子。

而“uru金属”之所以能改变与引力场的互动方式,或许也源自妙尔尼尔的另外一个令人震惊的特性——当它被抛向空中时,可以改变轨迹,并像是按照自己的意志移动似的,最终稳稳落回索尔的手中。

在物理学上,要回答“你的移动速度有多快?”首先要反问:谁在问这个问题?此时此刻,如果你坐在火车站的长椅上阅读本文,你便处于静止状态,而另外一个坐在火车上从你面前飞驰而过的读者可能正在以每小时40英里的速度向东行驶。

当然,从火车上的那位读者的角度来看,她自己处于静止状态,坐在长椅上候车的读者正在以每小时40英里的速度向西移动。而事实上,这两位读者都在以每小时6.7万英里的速度随着一球一同绕太阳公转,而太阳本身也在绕着银河系的中心旋转。

所有的运动都是相对的,而“uru金属”必定具备在空中改变其静止框架的神奇特性,这样一来,从静止观察者的角度来看,它便在做一种落回索尔手中的运动。科学家现在才刚刚开始探索这种特性——如果真的存在的话,他们最终将会发现。

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