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哆啦A梦中的一些科学原理

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【导】作为一部科幻动画作品,哆啦A梦中的很多概念和现象都涉及到了一些科学原理,可是由于考虑到其受众的原因,作品里面不可能将一些过于艰深的科学原理拿出来阐述。当我们小时候看这部作品的时候,或许会被里面的一些五花八门的道具所吸引,或许会产生出发明这些道具的想法,这也是这部作品的魅力之一所在,就像歌词里面唱的那样,我们长大之后,再回首来看这部作品之中所提到的一些概念和道具,可能我们只是一笑了之,不过只要我们仔细思考,部分事物和概念以及道具是可以用现有的一些知识进行解释的。当然,对于一些看起来过于玄幻的奇思妙想,可能用现有的知识也并不能解释。
某些道具或者事物所涉及到的一些概念,可能有些朋友一辈子也不会涉及到,但为什么还是想说一说呢,首先我相信科学本身是有趣的,这部作品中奇思妙想和科学的结合也是有意义的,其次也许也只是并不甘心做一名平凡的粉丝吧。


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1楼2018-11-05 23:31
    宇宙星辰是哆啦A梦这部作品中所经常提及的部分,这一部分也曾给予过我们无限的憧憬和遐想,这里也简单的和大家分享一下对于这些现象原理的想法。
    一.09年剧场版-新大雄的宇宙开拓史——不同的时间流速
    在这部作品中,出现了一个概念,大雄他们所在的世界,也就是我们地球所处的地方时间流速和罗布尔他们星球(矿石星)的时间流速不相同。地球上的一小时等于矿石星的一天。对这个现象可以这样解释,一,地球相处于一个快速的运动状态,而矿石星处于相对静止的状态。二,地球处于一个大质量天体的旁边。三就是以上两种情况的可能都存在。


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    2楼2018-11-05 23:31
      第一个假设是地球处于一个高速的运动状态,而矿石星处于一个相对静止的状态
      为什么地球相对于矿石星处于一个快速的运动状态地球上面的时间流速就比矿石星慢呢,这里可以使用爱因斯坦的狭义相对论来进行解释。首先,光速是不变的,我们无论是静止,或者相对于光做任何运动,所测得的光速的数值都是一样的。
      在这里可以举一个并不是十分恰当的比喻,但是可以用这个比喻来说明为什么时间是不一样的。
      首先假如我们地球以二分之一倍光速运动,矿石星静止不动看着地球走,并且此时地球上的人再向地球运动方向相同的方向发射出一道光束。
      过了地球上的一秒之后,地球上的人观察到这条光束走过了一光秒的距离,然而在矿石星上的人看来,这一秒的时间内,地球走过了二分之一光秒的距离,而由于光速是不变的,所以在矿石星上的他们看来,地球人发射的这道光束也只走过了二分之一光秒的距离。
      要想保证在矿石星上的人看这道光束走过的距离和地球人看的是相同的,都是一光秒,那么矿石星就得再等待一秒的时间。
      也就是说,由于光速不变原理和地球处于一个高速运动的状态,所以观察到的光束行走同一段距离所耗费的时间并不是相同的。所以,这样就可以解释,为什么地球上的时间过的要比矿石星上的时间要慢。


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      3楼2018-11-05 23:33
        下一个假设的解释是,地球处于一个大质量天体的附近。
        在这里首先要解释一下万有引力是什么。在爱因斯坦之前,人们都认为引力就是单纯的力,事实上这个说法其实是不全面的。爱因斯坦通过一些现象和猜想提出了一个大胆的结论,也就是广义相对论里面的一个内容。万有引力并不是一个力,而是时空弯曲所引起的一个几何效应。简单举例就是由于太阳的质量让他它周围的时空产生了弯曲,这种弯曲的时空让地球围绕着太阳公转,搞得好像确实是有引力存在的这个样子。
        同样,假如地球附近存在一个超大质量的天体,那么地球周围的时空会发生曲率很大的弯曲。这样的时空可以看作是一个只能通往未来的时光机,因为弯曲的时空可以让在这个地方的人在四维时空(不是空间)上面超时间的近路。这就好比条条大道通罗马,不过以同样的速度行走,有的路可以更快到达,而有的路就得花费相对比较长的时间才能到达。
        所以,我们就可以这样进行猜测,由于地球附近有一个大质量的天体,让其周围的时间慢了下来,于是也就导致了地球和矿石星两个地方的时间流速不同。
        总结起来,造成这种现象的原因可能是以上这两个原因的其中之一,也可能是两者同时都有出现。


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        4楼2018-11-05 23:33
          二.1999年剧场版,大雄的宇宙漂流记——超大质量黑洞
          在这部作品中,出现了黑洞这个概念,与之相对应的是动画中这一段所发生的事情是一行人在宇宙中航行,并逃离出了黑洞的引力范围。小时候在看到这一段的时候内心是极为震撼的,那个恐怖且神秘但又令人向往的天体也牢牢的刻印在了脑海之中。

          1999年剧场版中所展示的黑洞形象
          (图片来源:https://www.bilibili.com/bangumi/play/ep86848/)


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          5楼2018-11-05 23:36
            这里值得注意的是,他们在距离黑洞一光年之外就准备逃离黑洞的引力范围了。同时,在动画中,这个黑洞有着巨大的吸积盘,并且发射出射线。
            如果要按照动画中这样描述的话,这个黑洞应该是一个超大质量黑洞,可能是与星系核心以及类星体相关。
            现在我们所观测到的最大的黑洞是TON618,质量差不多是太阳的600亿倍,史瓦西半径更是大到了1920亿公里,而我们地球到太阳的距离也就1.49亿公里[1](假如大雄他们在七夕那天把这颗黑洞钓起来那不知道会出现什么样恐怖的情景),像这种超大质量黑洞的成因至今也没有搞清楚,即使是恒星所形成的黑洞互相合并也不可能大的如此离谱。当然学术上也有一些关于宇宙大爆炸之初和超大质量黑洞之间关系的猜测。
            也就像动画中所描绘的一样,黑洞的巨大吸积盘发出了明亮的光芒,这里值得注意的是,动画中整个黑洞是一个二维的形象(当然动画也肯定不可能过多的把精力放在这个上面,这样处理也可以完美的表达出黑洞这个事物出来)。我们的书籍以及一些插图为了让我们更好的所理解黑洞的形态,于是就画出了类似于一个洞这样的插图,毋庸置疑在二维平面上,一个洞确实就是这样表达的。但是在三维空间中,这样的洞所表现出来的效果则是一个球体,球状的“洞”。与此同时,这样大质量的黑洞一定也会极度的扭曲周围的时空,所以,被黑洞挡住的那一部分吸积盘所发出的光会从黑洞的相对的两边同时“拐弯”过来,于是我们看见的黑洞应该还有一个明亮的环,并且就像哈哈镜一样,通过黑洞看远处的星星,可能也会出现远处的星星变成一条条弧线这样的现象,有些也可能会形成一个明亮的圈。所以效果可能就会像下面这张图片所展示的那样。


            图片来源于电影《星际穿越》


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            6楼2018-11-05 23:37
              进入黑洞的信息该如何出来,以确保信息不丢失。
              在影片的结尾,反派被哆啦他们给发送到了黑洞里面去。看到这里,也产生一个问题,到底是不是所有进入黑洞的东西都完全不能出来了。这一点,在广义相对论看来,事实的确该如此。然而从量子力学的角度来看,事情并不是这样,因为量子力学认为,信息是守恒的,信息不会凭空的就丢失了。所以按照这条理论,进入黑洞的信息必然会以某种形式再出来。这也就是所谓的“黑洞信息佯谬”。
              在解释这个问题的时候,“霍金辐射”起到了十分重要的作用,由于宇宙的虚空中存在很多的正反粒子,这些粒子在不停的产生和湮灭,所以,但黑洞吸进去一个反(正)粒子的时候,在我们看起来就像黑洞发射出了一个正(反)粒子一样。这个现象也就是霍金辐射。
              通过这个现象,可以解释部分的信息丢失问题,这是因为霍金辐射的量很少,所以并不能说明所有。
              在今年的10月份,也就是霍金去世后的7个月,霍金的最后一篇论文发表了,标题叫《黑洞熵和软毛》,里面对这个问题作出了一些解释,主要讲的就是这些进入黑洞信息会以一直特殊的形式保持并分布在黑洞的表面上,这样也就阻止了进入黑洞信息的丢失。[2]
              不过,像这样的猜测,以前有很多,以后也会很多,也正是这些想象和推测,才推动着人类的认知往更深的地方一点一点迈进。


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              7楼2018-11-05 23:38
                也许是长大之后觉得这部作品这里面的一些道具的想法很幼稚,完全是不合逻辑天马行空的想象。
                但同时我们以另一种眼光来看,想用现有的理论来推测出一个全新划时代的理论是不可能的,新的理论相对于旧的理论并不是线性的,而是非线性的。
                所以,在很多时候,奇思妙想和灵光乍现才是推动我们真正进步的关键,但是没有知识所支撑的这些奇思妙想一定是空话,只有二者结合才能开天辟地,实现从零到一。或许这也是这部作品想向我们传达的精神之一。
                参考文献
                [1].苍穹吞噬者.黑洞大小比较(2018版)[Z].哔哩哔哩动画,2018.
                [2].袁岚峰.霍金去世了,但为世界留下了他的“最后一课”|科技袁人[Z].知乎,风云之声,2018.


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                8楼2018-11-05 23:39
                  这里值得注意的是,他们在距离黑洞一光年之外就准备逃离黑洞的引力范围了。同时,在动画中,这个黑洞有着巨大的吸积盘,并且发射出射线。
                  如果要按照动画中这样描述的话,这个黑洞应该是一个超大质量黑洞,可能是与星系核心以及类星体相关。
                  现在我们所观测到的最大的黑洞是TON618,质量差不多是太阳的600亿倍,史瓦西半径更是大到了1920亿公里,而我们地球到太阳的距离也就1.49亿公里[1](假如大雄他们在七夕那天把这颗黑洞钓起来那不知道会出现什么样恐怖的情景),像这种超大质量黑洞的成因至今也没有搞清楚,即使是恒星所形成的黑洞互相合并也不可能大的如此离谱。当然学术上也有一些关于宇宙大爆炸之初和超大质量黑洞之间关系的猜测。
                  也就像动画中所描绘的一样,黑洞的巨大吸积盘发出了明亮的光芒,这里值得注意的是,动画中整个黑洞是一个二维的形象(当然动画也肯定不可能过多的把精力放在这个上面,这样处理也可以完美的表达出黑洞这个事物出来)。我们的书籍以及一些插图为了让我们更好的所理解黑洞的形态,于是就画出了类似于一个洞这样的插图,毋庸置疑在二维平面上,一个洞确实就是这样表达的。但是在三维空间中,这样的洞所表现出来的效果则是一个球体,球状的“洞”。与此同时,这样大质量的黑洞一定也会极度的扭曲周围的时空,所以,被黑洞挡住的那一部分吸积盘所发出的光会从黑洞的相对的两边同时“拐弯”过来,于是我们看见的黑洞应该还有一个明亮的环,并且就像哈哈镜一样,通过黑洞看远处的星星,可能也会出现远处的星星变成一条条弧线这样的现象,有些也可能会形成一个明亮的圈。所以效果可能就会像下面这张图片所展示的那样。


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                  13楼2018-11-06 00:20
                    发帖体验极差,以下内容为6楼内容








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                    14楼2018-11-06 00:29