第一篇：《安德的游戲》中的人造重力離現實有多遠？

安德在零重力戰斗室中。

電影《安德的游戲》中，主人公安德和他的隊友們第一次走進零重力戰斗室，發現自己漂浮在空中，變得手足無措，難以分清方向。作為戰斗學校的一個重要訓練項目，零重力室無論在電影和小說中，都有著重要的位置。

在安德的世界中，人類已經可以在太空中產生人造重力，安德在到達ISL（Inter Stellar Launch，內恒星空間站）之后，他們已經可以像在地球上一樣，正常的進行日常生活，而不用像“天宮”中的宇航員一樣，漂浮在艙內。在小說中，傳奇指揮官馬澤·雷漢（Mazer Rackham）曾經告訴安德，重力的操控是從蟲族學來的某種重力增強技術。我們目前顯然還沒有遇到如此強大的蟲族，那么在目前的技術條件下，人類是否可以在空間站產生人造重力呢？

粗放的實現方法：住在“圓筒”里

從理論上來講，最直接的一種方案當屬通過旋轉空間站來實現：我們可以讓一個圓筒狀的空間站沿著軸線轉動，從而使得在居住在圈桶內壁的人員感受到一種人工重力效應，這就是著名的離心效應或者向心力作用。形象點來說，就好比在旋轉的洗衣機滾筒中，衣服都會貼在兩邊的筒壁上，而并非漂浮在中間的水里。

圓筒形空間站概念圖。圖片來源：NASA Ames Research Center.Model of torus colony。

不過這樣的空間中還會有另外一個問題，那就是科里奧利效應。這種效應可以這樣理解：假如我在地球上，要在一個轉動的圓盤上面走一條（相對于地面）的直線，那么我實際走出的路線，在這個圓盤上看來卻是一條彎曲的曲線。似乎在圓盤參照系中，我受到了一個額外的力的作用，垂直于我的運動方向，這個假想的力就是科里奧利力。

剛才我們提到，人造重力可以在一個不停旋轉的空間站中實現，所以這種效應也會影響人們在旋轉空間站中的生活。問題在于，這種科里奧利效應會在多大程度上影響空間站成員的生活呢？

在上面圖片中這種圓筒狀空間站中，對于自由落體運動，下落的高度越高，橫向的偏離就越大；而圓筒空間站的半徑越大，橫向的偏離就越小。如果我們把空間站的半徑建造得足夠大，那么這種科里奧利效應造成的自由落體橫向偏離就會變得很小。

更直觀一點來說，如果我們建造一個半徑10千米的圓筒空間站，在離內壁1米的高度讓一個小球自由落體，那么小球落地之后的橫向偏離只有不到1厘米。這樣的偏移程度對空間站中的正常生活就沒有明顯的影響。其實科里奧利效應在地球上也照樣存在，因為地球也會自轉的不是？但是我們正常走路開車打網球，也從來沒有因為科里奧利效應受到任何的影響。

實際上模擬出來的重力加速度是轉速和圓筒半徑同時決定的。只有我們做的空間站半徑足夠大，轉速不需要很大即可保證某個合適的人工重力，這樣科里奧利效應也會被控制得很小。

上面討論的這種圓筒狀的空間站只是“人造重力”模型中比較簡單的一種。20世紀70年代，曾經有過很多的不同的空間站設計，另外一種比較簡單的設計則是甜甜圈狀的空間站。

甜甜圈狀空間站概念圖。圖片來源：NASA Ames Research Center.Model of torus colony。

蟲族科技可能是什么？

上面我們提到了如何在整個空間站中制造人造重力，但是在實際操作中（以及電影小說中），宇航員們難免需要在空間站里提供一個特別的無重力區域，來適應太空中的失重環境。那么在空間站的設計中，又怎樣達到這樣的目的呢？

其中一個重要的方式，就是建立分層。不管是哪種空間站，都可以建立分層，即在距離旋轉中心（旋轉軸）不同距離的地方建立居住區，距離中心越近，人造重力就越小。如果我們站在空間站的中心，那么人造重力就為零了。但是越靠近中心，科里奧利效應就越明顯。所以如果把電影中的“戰斗室”建立在空間站中軸上面的話，當人們從門口跳進來時，旋轉會造成科里奧利效應等不必要的麻煩，也會影響訓練的效果。

在《安德的游戲》中，零重力戰斗室的設計就更加聰明一些：中間的戰斗室是不轉動的，只有外部的生活區才轉動。這樣，戰斗室的旋轉所導致的問題就不會發生了。

《安德的游戲》中的戰斗學校空間站，中間的球體是零重力戰斗室。圖片為電影概念圖。

說了這么多，其實 ISL 上“從蟲族學來的”的神秘的重力控制技術并非上述幾種之一，小說中也并沒有給出明確的線索。不過如果我們大膽設想的話，除了我們提到的幾點外，產生人造重力還可以使用加速過程：比如讓 ISL 一直處在一個加速過程中、讓 ISL 在廣袤的宇宙中勻加速前進，或者讓它在一個靠近行星的地方懸停。但這是個很浪費能源的方案，不是長久之計。

還可以讓ISL攜帶一個大質量的物體。在所有備選的物體中，小型黑洞可能是個不錯的選擇：比如捕捉很多小質量黑洞，放在一個裝置中，就可以產生相應的重力。但是從捕獲到儲存，按照現在的理論，都還只是天方夜譚。而且，帶著地球這么重的物體，ISL 的機動性簡直會變為零。