環形世界新考

圓環形狀的世界是科幻史上相當經典的構想。無論是拉里·尼文想象中能圍繞一顆恒星的上帝工程，還是像電影《極樂空間》里那樣在地球軌道上建造一個方寸大小的天上人間，原理都是一樣的：環形世界的自轉就像滾筒洗衣機一樣，把里面的所有東西甩向它的內壁，世界自轉的向心力就相當于人造重力，只要世界的半徑和轉速合適，完全可以讓住在環形世界內壁的人有和地球上一樣腳踏實地的感覺。也就是說，在一間小屋子里，你幾乎沒有辦法區分自己生活的世界是哪一種樣子。

王騰，90后新人科幻作者，未來局簽約作者，應用數學專業畢業。作品核心堅實、注重邏輯，目前的作品有《距離的形狀》《夏日往事》等。

我們的祖先也是在走出了小屋子，乃至走出了自己的大陸之后，才漸漸明白自己是生活在圓圓的地球上的。那么一個誕生在環形世界的文明要走多遠才能發現自己生活在怎樣的世界呢？

你可能會想，如果世界真是個大滾筒，那么走出門不就能看到遠處的海向天空卷起了嗎？不過這也很難說，因為如果世界足夠大的話，那么在陸地上還是可能會看到海平線的，因為大陸的萬有引力說不定足以把周圍的海面變成一個緩坡。而走得足夠遠的航海家，會看到海面向天空卷起，那樣的話，他們或許會認為世界是一個大碗，而大陸在碗底。那么，在環游世界還遙不可及的時代，住在這個世界上的人們是否還有別的線索能得知世界的形狀呢？

當登山者攀登一座很高的山時，他會發現自己越變越輕，盆里水面的波動也變得越來越柔和，如果仔細記錄就會發現，這樣的變化和海拔高度成正比。讓我們回想一下中學學過的圓周運動模型，圓周運動的向心加速度，也就是這個世界的“重力加速度”，它的大小等于自轉角速度平方乘以圓周半徑，所以說到達的高度越高，離圓心越近，半徑就越小，感受到的“重力”就會越小。我們可以想象一下，他們的科學界對重力存在的原因一定也有很多假說。在這之中也一定會有人將這一切聯系起來，他們終將意識到世界真正的形狀，即使還遠遠不能親眼看見。或許這一切就像在我們的世界一樣，思想總會比腳步走得更遠。

讓我們再把目光投向一位指揮海戰的軍官。戰局很不樂觀，制海權在對方手里，在苦苦尋求突圍的時候，他留意到了一個奇特的現象，敵軍發射的迫擊炮彈軌跡總是有一個微弱的偏離，但落地點卻又沒有什么誤差，細心的軍官很快就會發現這和風力無關，絕不是偶然現象。

在地球上有一種被稱為“地轉偏向力”的現象，也稱為科里奧利效應，這會導致北半球運動的物體向右偏移而南半球向左偏移。其實道理很簡單，如果你從一個正在旋轉的圓盤中心走向外圍，由于圓盤各部分線速度不一樣，以圓盤這個旋轉體為參照系，就會觀察到你偏離原有方向，仿佛受到外力作用。和慣性力、離心力一樣，實際上這個力并不存在，只是慣性作用在非慣性系的體現，但我們可以引入這個虛擬的力來方便我們思考。

環形世界的自轉軸平行于地面，這和我們站在地球上的情況不同，所以科里奧利效應會體現在另一個方向，地球上的臺風以及各種氣旋的形成都和科里奧利效應有密切關系，那么在環形世界里，人們有可能會看到旋轉面垂直于地面的臺風，仿佛天空中一只巨大的獨眼，那個場面想必是相當震撼的。

來往于大陸之間的海上行商會惱火于他們的單擺掛鐘總是不守時，但來檢修的鐘表匠卻發現不了任何問題。鐘表匠偶然發現時鐘的誤差很有規律：當船往一個方向行駛，時鐘會變快，另一邊則會變慢，這說明誤差不是鐘本身的問題，而一定是來自于外界。

單擺的周期顯然與擺長和重力相關，其實不需要實驗，用量綱分析法就能明白單擺做簡諧運動的周期跟擺長的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，和振幅、擺球質量無關。世界的“重力加速度”也可以表示為線速度平方與半徑的比。那么，當船向自轉方向行駛時，當然會有比世界自轉線速度更大的速度，那么船受到的“重力”就會變大，這就會導致單擺周期變小，時鐘變快，反之亦然。

看來無論生活在怎樣的世界，它的底牌總是不輕易示人。巨眼一樣的臺風，詭異地偏離目標的炮彈，時鐘竟然會被船速影響，這種種奇觀或許在很長時間內都會被人們看成神跡，但是也注定會最終被理解。當科學發展到量化時代后，所有這些現象都可以準確告訴人們世界的形狀、大小，以及轉速，這一切當然不會僅僅用來滿足人們的好奇心，也一定會對這個世界的社會歷史帶來更深遠的影響，這些都是很有趣的想象。

知道了世界的形狀，那么世界會有多大呢？其實一個更有意義的問題是——這個世界最小能有多小？

《極樂空間》展示了一個非常美麗的環形世界，它極為精致卻也絕對能稱為“世界”，人們看到的是真實的天空，飛船可以直接從太空飛進來而不需通過任何障礙，換句話說，這個太空城的居住區是開放的。

這種設計粗看好像可行，自轉的人造重力也像滾筒洗衣機那樣把空氣甩在內壁上不至于跑掉，從而制造開放卻不流失的大氣層。

但是，要想讓人類正常生存，只有空氣是不行的，必須要有合適的大氣壓才行。要維持住大氣，環形世界邊緣也得造起高墻，那么這堵高墻要多高，才能讓世界有正常的大氣壓？

如果我們把空氣當作均質大氣（大氣密度始終不變），同時假設世界半徑大到可以一定程度上把重力作為常數，那樣的話，氣壓為零的高度顯然就是大氣層上界，也就是墻的高度。通過一個微分方程，我們可以計算出氣壓和高度成反比，再把地面初始條件（地表大氣壓）代入，就會知道圍墻至少8000米高才能留住這樣的大氣。

8000米雖然夸張，但相對于建造一個世界并非難以接受，但事實真能這么簡單嗎？

問題就在于，真正的空氣并不是均質大氣，空氣密度與溫度、濕度、壓強都存在確定的關系，這樣的話，就可以計算真正的壓高公式，這個方程解出來，大氣層至少也得40多千米高。考慮到“重力”也隨高度變化，圍墻高度更是難以想象。所以，如果要讓環形世界有真正的藍天白云，恐怕就真是要像拉里尼文描寫的上帝工程那樣了。

雖然把大氣當作均質大氣是不行的，但是我們剛才的假設沒有白費，因為海洋環境和“均質大氣”的假設非常類似，海水的密度雖然也和壓強、溫度有關，但相比于氣體，幾乎可以忽略。

在我們的地球上，浮力和水深幾乎沒有關系，往水里扔一個東西，要沉就一定會沉到水底，這是因為浮力的本質是水在不同深度壓力差導致的，因為水壓和水深成正比，壓力差自然和深度沒什么關系。

但是在環形世界，尤其是半徑不大的話，重力就不再是常數了，重力本身和水深也有關系，這樣壓強和水深就不再是線性關系，換句話說，浮力的大小將會隨著深度發生變化。你向水里扔一塊石頭，它不一定會沉底，而是有可能懸浮在某一個深度上。

這個事實有怎樣的意義？讓我們重新去思考環形世界發生的海戰，失去制海權、處于弱勢的國家和強大的敵國相隔一條海峽，如果想要扭轉戰局，要么正面消滅包圍自己的敵軍艦隊——而這顯然是以卵擊石——或者，可以奇襲敵國軍港。

弱國只有一個優勢，他們知道世界形狀這個情報，那么或許他們可以利用這點，開發這樣一種奇妙的武器打破僵局。

它看上去和我們熟悉的水雷沒什么區別，但是它可以通過打開空腔進水和拋棄自己的金屬小球來增加和減輕自重。

從這里到敵國港口的海域有很多障礙物，還要避免被敵軍艦隊提前發現。既然知道了世界的物理模型，那就可以算出水深和浮力的關系，換句話說，這種水雷在不同的自重下，會穩定懸浮在不同的水深。

這種水雷可以有簡單的動力系統——比如發條、壓縮氣體，如果洋流合適的話也可以沒有，工程師可以設計內部的機關，使得它在潛航過程中的合適時間調節自重，這樣就等于在合適的地點調節自己的所處深度，從而避開航線上的障礙物和敵軍偵查，直到抵達敵軍港口。就這樣，弱國的軍事工程師在這個時代，就已經發明了具備彈道制導功能的武器。我們可以稱為——浮力制導炸彈。

浮力制導炸彈的引爆方式可以由水壓和時間這兩個要素來觸發，這樣的話，工程師同樣要了解世界的大小和轉速，從而知道水深和水壓的確定關系，如此就能讓炸彈在設計好的深度引爆，更有效毀滅不同的敵軍目標。炸彈潛航到敵軍軍港后，時間恰好觸發最后機關——直接拋棄所有金屬配重小球，炸彈迅速上浮，從底部將敵軍停泊在軍港的軍艦全部摧毀。

在科技不發達的時代，這樣的做法就像日本二戰時的氣球炸彈一樣，后者是世界上第一種洲際攻擊武器，它們自然做不到有多么精確，但是只要有一定數量，仍然可以達到戰術目的，而且這樣的武器問世，勢必也要讓強大的敵國消耗額外的資源重新構想反制手段，從而為弱勢的一方贏得寶貴的喘息時間。

現在，你還認為世界的真相僅僅是滿足人們的好奇心嗎？

我們的世界并不是一個光光的圓球，而是存在地理的差異：有些地方有資源，有些地方是戰略要沖，有些肥沃，有些貧瘠。也可以說，正是這些不平衡讓人類的歷史不是一潭死水，權謀、戰爭、革命輪番上演，把我們的史書裝點得波瀾壯闊又血跡斑斑。

而在環形世界，地理造就的不平衡同樣存在，他們的歷史同樣不會順風順水。我們能想到的最直接的不平衡就是重力。

我們把環形世界離圓心的距離叫作“緯度”，顯然緯度越高重力越低，如果環形世界的地表也不是一馬平川，而是有高原和低谷的起伏的話，那就會有截然不同的、以重力來劃分的地理差異。

這樣的世界會上演怎樣的故事？我們大可以天馬行空地去想象。如果環形世界上不僅僅有人這一個種族呢？假設有個種族叫高嶺巨人，他們只能生活在高原上，因為平原和低谷的高重力會讓他們沉重的身體舉步維艱。如果他們也像《進擊的巨人》里那樣是人類的天敵，那么生活在他們巨大陰影下的人類，恐怕不是躲在高墻里遙望遠方的廣闊天地，而是只能困在一個封閉的盆地或低谷里坐井觀天。

在這樣的境況下，“自由”會不會比我們想象的更具吸引力？因為井口以外不僅有從未見過的世界，還能讓你擺脫重力的拖累，在廣闊的天地用輕盈的腳步盡情奔跑。為了這個遙遠又觸手可及的夢想，也許這個世界也會有自己的調查軍團；也會有為人類未來而獻出心臟的誓言；也會有更加壯烈與輝煌的為自由而戰的傳奇故事。

或許在地底的更深處，重力更高的地方，生活著比我們更小的人。就像《借物少女阿利埃蒂》那樣，他們長得太小，散熱過快，無法適應地表的溫度變化，僅僅是地表的低重力和季節溫差就會給他們帶來無數挑戰。因此，我們習以為常的環境，在他們的眼中卻是一片極為廣闊的未知新世界，充滿著無數激動人心的冒險，這些同樣也是無比精彩而又幸福的想象。

即使只有人類，也不可能在這個世界里一下就實現世界大同。想想看在我們的世界里，劃分社會階級的要素是什么？答案很簡單——對稀缺資源的占有。

在環形世界，高緯度地區顯然要比低緯度地區要少，而“最適重力”就成了稀缺資源。那樣的話，富人占據舒適的高原，享受著輕巧的身體和更不費力的勞動。而再往后，科技的發展恐怕還會增大這種差距。低重力下的醫療、交通等都會有更加明顯的優勢。不同緯度的生產效率、財富積累速度都截然不同，這些都必然埋下階級對立的種子。

到了科技更發達的時代，人們建造聯通環形世界直徑的工程，從地面上看它就像一座通天高塔。那時，也許就可以不受制于地理條件，而是在各種緯度建造真正的天空之城，那樣的話，社會就區分的更加明顯，不同的緯度因為不同的重力而有不同的地價，社會的財富劃分只要看你住在哪個緯度就會一目了然……這么想下去的話，看來生活在這樣世界里的人們，也免不了有像我們一樣的煩惱。

也許會有一天，環形世界上的人們和我們見面了。也許我們都會很驚訝于我們各自的歷史是如此不同，卻也如此相似；我們都有對世界真相曲折而漫長的求索，在迷霧中努力建起理性的殿堂；都有對自由的渴望和抗爭，有著閃耀著人類精神的傳奇故事；同樣也都有著敵對、貪婪和互相的掠奪，同樣的人性在截然不同的世界里，演繹了各自的軌跡。我們在不同的搖籃里開始自己的歷史，也會最終遠遠地回望自己的搖籃，然后走向更遠的地方。當我們走得足夠遠時，也許會覺得，人類的渺小是如此幸運，因為只有這樣，才能擁有如此多激動人心的發現，有如此多精彩的故事。

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