2010年8月17日星期二

Gravity in Halo

病愈跑步第二天,四千米勉强二十分钟。边跑边听静雅思听《70记忆之漫画:钢铁是怎样炼成的》,很有感觉。回来后马上翻出《银行铁道999》再看一遍,读后感以后再说。以我的文采估计不会比那篇文章的作者花之静说得更好,不说也罢。

第二卷中有个“空洞行星巴雷拉”,是个只有外壳的空心球体,壳上有很多洞可供进出。人们生活在壳的内部,引力是向外的,站在球壳里的人们脑袋都指向球心,理论上你可以看见所有人。多有意思的世界,我马上想到了 XBox 的开山之作《Halo》。故事发生在宇宙里的一个巨大的人工环状带上,所有的人和物都在环的内侧。


那游戏的一代我在 PC 上至少通关两次。XBox 上没玩过但我一点也不遗憾,因为据微软最新的实践证明,射击类游戏如果把 PC 玩家和 XBox 玩家连上同一个战网,随便一个 PC 菜鸟都可以草割 XBox 骨灰级高手(微软为了不伤 XBox 玩家的感情,马上断开了两个网络的链接)。鼠标键盘在游戏竞技领域的地位岂是手柄可以撼动。

有人幻想人类在太空中为了解决重力问题设计一个这样的环状装置不停转动,用离心效应产生重力。可如果环不转了,生活在内侧的人感受到的重力是向里还是向外的呢?根据万有引力,脚下的地面会把人往下吸,上方的环也会把人往上吸,一个距离近,一个质量大,哪边的引力大还真不好说。中学物理老师为了方便计算引入了“质心”的概念,如果用这个概念解释,引力应该是向内的,而且越接近中心越大。这显然是不对的,因为对称抵消,中心点受到的引力应该是零。

漫画到这里已经看不下去了,我要找张纸推导一下。先画图,代入万有引力公式,然后分解力为两个垂直向量,只计算辐向的引力,略去所有常量,得出:


(设环的半径为 1,被计算的点到环心距离为 r。0 ≤  r < 1)

如果结果为正,引力方向是向外的,反之则是向内的。只恨我当年数学没学好,到了这一步怎么也简化不下去了。好在有电脑,人脑退化一点问题不大。在 Methematica 里输入以上公式,运行了半小时(还好只计算环形,如计算球形双重积分今天肯定算不完),终于结果出来了:


果然引力是向外的,松本零士没有骗我,人可以站立在球壳内壁。这才放下心来继续看漫画。理工科的看个科幻漫画容易么?

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