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非常純凈的水在升溫到沸點以上的時候,并不會像普通的水那樣開始沸騰,而是會保持液態不變。因為在液體內部的氣化需要產生一個氣泡,而氣泡的產生是有能量代價的,就是所謂的表面能。
表面能是正比于氣泡的表面積的,用r表示氣泡半徑的話,表面能就是[4apir^2]。
這個能量傾向于讓氣泡縮小消失,就像吹大的氣球一松手就會收縮,也同樣是表面能的作用。
與表面能競爭的是氣化潛熱。
表面能向內縮,氣化潛熱往外膨脹,兩者方向相反,所以是競爭天敵。
理解好這一點,才能更好掌握曲率驅動的原理。
在沸點以上,氣態的自由能比液態更低,因此液態向氣態的轉變可以釋放與氣體體積成正比的自由能[(4bpi3)r^3]。
因此總能量能的變化是[f=4apir^2-(4bpi3)r^3]。
這個函數在r=2ab的地方取得極大值,這個半徑叫做臨界半徑。
也就是說,如果氣泡的初始半徑小于臨界半徑,那么半徑越小能量越低,因此氣泡就會收縮消失;而如果氣泡的初始半徑比臨界半徑來得大的話,那么半徑越大能量越低,氣泡就會膨脹并且無限地膨脹下去,直到所有的液體都變成氣體。
這是曲率驅動原理的關鍵所在。
過熱液體不能沸騰的原因,就是因為其內部缺乏足夠大的種子氣泡,而所有偶然漲落生成的氣泡都因為小于臨界半徑而不能長大。這時候如果向液體中加入一個超過臨界半徑的氣泡,這個氣泡就會不斷的膨脹。而且伴隨氣化的進行,由于相變潛熱的釋放,這些能量就會推動氣泡表面運動越來越快,最后逼近液體的聲速(也就是信號在液體中的極限速度)。這個過程就表現為突然劇烈的沸騰,因此稱為爆沸。
“我們已經可以明顯感受到這個類比的相似性了。想想我們的宇宙正處在一個真空的亞穩態,它的衰變成為了必然,這就導致了宇宙只會降低光速和降低維度的傾向。”
“然而光速和維度一般不會自發降低的原因,是沒有足夠大的低光速或者低維度的‘氣泡’在宇宙空間中自然地存在。”
“二向箔攻擊的原理就在于提供了一個超過臨界半徑的低維空泡。因為超過了臨界半徑,所以這個小空泡一旦釋放,就會開始生長,于是空泡邊緣的高維度空間就不斷地發生亞穩態衰變,衰變能量會驅動空泡表面的加速運動,最后逼近光速。”
“事實上,我們甚至可以計算這個膨脹速度。考慮到空泡的表面是有質量的,這個質量就是空泡的表面能,它正比于空泡的半徑的平方。而在半徑充分大的時候,釋放的相變潛熱正比于半徑的三次方,這些潛熱全部都會轉化為空泡表面的動能(因為空泡內部無熵,所以熱都堆積在表面)。因此當空泡半徑增長到臨界半徑的1000倍的時候,其表面動能就是表面質量的1000倍,根據質量公式,我們就可以算出空泡的膨脹速度就已經達到99.9999%光速。這就是為什么所有肉眼可見的低維空泡都應該以光速膨脹的原因。”
“曲率飛船正是利用空泡的膨脹來推進的,只不過這是另一種類型的空泡,也就是低光速空泡,或者說,黑域。曲率飛船尾部裝置的作用就是制造超過臨界半徑的小黑域。這樣的小黑域被制造出來以后就會開始同樣的‘爆沸’過程。降低光速所釋放的能量推動著黑域的加速擴張。而曲率飛船就像吸附在氣泡表面的小灰塵一樣,自然就隨著黑域的擴張被加速到接近光速。”
“所以,我們懂了曲率驅動原理之后,也間接知道怎么去制造黑域,用來對付二向箔的攻擊了。”
備注:二向箔原理、曲率驅動原理,摘引自e大的精彩論述《暢想一下改變光速和維度的物理機制》。