[转]机动战士高达——深空的边疆

キャスバル · 发表于 2006-8-16 05:48:44

寻找一种方向感

由于模仿地表环境的整个设想完全可行，因此在圆柱体内部主要方向上都能够表现出地球上景色。但是你如何才能将地球表面的罗盘方位映射到一个圆柱体内部呢？你可以使用一个易记的经验法——并且记住只要用镜子就能完成这一切。在太阳系内，几乎任何围绕着太阳旋转的物体都处于黄道的平面内——并且在轨道上围绕自己的轴旋转——这个旋转方向我们叫做反时针方向。这个反时针方向是如此的通用，以至于那些不符合这种运动规律的物体通常被称之为“反方向”（”retrograde”）运动——按字面意思来说，它们相对于其他任何事物都是在做向后移动。我们之所以管这个方向叫做反时针方向，是因为第一个时钟就是日晷，而时间是通过观看日晷的指时针投下的影子来得到的，它的移动精确对应着太阳的运动。地球围绕太阳以反时针方向旋转，同时也绕自身的轴线旋转。当地球转向面对太阳时，太阳从其地平线的一端上升起，当地球转向背离它时，太阳就在对应的地平线另一端落下。我们管太阳升起的方向叫“东方”，但更确切的说法应该是反时针方向或“下旋”（”downspin”）（即正旋转方向，地球旋转的正方向）。“西方”应该顺时针方向或“上旋”（”upspin”）（即反旋转方向，地球旋转的反方向）。“北方”是朝向旋转轴线的方向，而南方则是背离旋转轴线的方向——如果你穿过了赤道，那么这一点就要反过来，南方将成为朝向旋转轴线的一方，而北方则背离它。正如所见的那样，我们在地球上所定的东方朝向似乎有些武断了。象南美州的印加人、或者南部非洲的津巴布韦人、亦或南太平洋的波利尼西亚人，如果他们取代了亚洲、欧洲、地中海或非洲文明，成为了世界上最强大的政权的话，那么我们现在使用的方向将会完全调转过来。虽然我们现在熟悉的以欧亚为中心所使用的北半球方向观，已经成为了遍及全世界的通用规范；但如果按上述假设的话，则正好相反，地图会上下颠倒，季节会反转，时钟也将反方向旋转。但这并不妨碍北半球的人们成为伟大的世界旅行者和探险者，以及稍后成为商人和征服者，那时南半球的这些文明将被远远落在后面。北半球居民有一个他们南方同伴所缺少的优势：一个明显的具有固定位置的“北极星”，该星确实是精确地指向“真北”（”true north”），不但能给予指示，而且是一个对地球旋转轴线的最直接的视觉指示器！在北半球，美国的童子军们经常受到这样的教导：当你面向东方（太阳升起的方向）时，北在你的左边而南在你的右边。当你面向西方（太阳落下的方向）时，北在你的右边而南在你的左边。你可能没带罗盘或者可能不能确定哪边是北方，但太阳永远从东方出现，消失在西方。记住这个关系就行了。这就是如何使用这个“经验法”的方法。它的一个变种是右手法则（Right Hand Rule），在许多科学场合中用于判断角度、旋转和向量的关系。用你的右手做一个“竖起大拇指”（thumbs-up）的姿势。按照指尖所指示的旋转方向，你的手指头形成了一个反时针方向的环形。现在，将你的大拇指沿着地球旋转的轴线摆好。这样，你已经建立了基本方向，你的指尖显示东方的方向，而你的大拇指则指向北方，在它们正对的相反方向就是西方和南方。伸开你的食指，与你的拇指垂直相交，那么它将指示航行的轨迹（即环绕太阳旋转的地球轨道的切线）。伸开你的中指与拇指和食指同时垂直相交，那么它将指向轨道的中心，在这个场合中，就是太阳本身。但殖民卫星的居民们并不是居住在一个球体表面，而是在一个圆柱体的内部。为了在一个太空殖民卫星里从根本上应用拇指法则，你必须通过手指的弯曲来将这些方位映射到一个圆柱体上。转动你的手直到你的大拇指指向你的脸，这时你就能看到一个圆柱体。你的拇指现在表示向着太阳的方向，而你的食指和中指则分别沿着航线和朝向轨道中心的下方。假设你的脸就是太阳，从你的视线发出的光将从你的手背部突出的一个带角度的镜子反射到你弯曲的手指形成的圆柱体中，并且照亮你的指尖。以同样的方式，阳光也能够照亮一个圆柱体型的太空殖民卫星内部。但是这里还有一个问题。我们爱猜想的童子军面对东方（下旋）时，将发现先前定义的北方现在到了他的右边。这是因为他居住在一个反转的世界中，这个世界处于地球的一个镜象位置。为了将方向正确映射，我们就必须颠倒这个法则。我们应该使用左手法则，这是右手法则的镜象。殖民卫星也必须进行相反方向的运动，在一个围绕中心的顺时针方向轨道旋转的同时，围绕自己的轴心做顺时针方向旋转。这样，“竖起拇指”后你将发现你的拇指依然指向北方，而你的中指依然指向轨道的中心，但旋转的方向和航线已经反转过来了。太空殖民卫星内的主要方向是下旋方向（东方），上旋方向（西方），左舷（北方）和右舷（南方）。东方是“下旋方向”，因为这个方向是世界旋转的方向。西方是“上旋方向”，因为这个方向正对着东方。北方是“左舷”，因为当你面向上旋方向时它在你的左边（在左舷侧一边），用这个方法你可以同样在地球上找到北方。（他的确也是在港口一边，因为主要的停泊船坞区域都在面向太阳的一侧）。南方是“右舷”，因为这个方向正对着左舷，背向太阳并朝向星空。当然，“上”（”Up”）是在舷内（inboard），朝向中轴线；“下”（”down”）是在舷外（outboard），朝向圆柱体的舱壁。

重力的规则

重力是通过线性加速度模拟产生的，不过却也带来了一些有趣的副作用。由于重量是加速度造成的，顺着旋转方向向东方（下旋方向）走会让一个人体重增加，走起来的感觉似乎象是在爬山，这是因为除了一个人前进运动的加速度以外，还加上了殖民卫星本身的线性加速度。相对而言，逆着旋转方向向西走（上旋方向）将会让一个人体重降低，走起来感觉则好象是在下山，因为一个人前进运动的加速度与殖民卫星本身标准的线性加速度相互抵消了。向轴线方向移动将减少一个人的体重，因此对于居住在两层建筑里的人们来说，在楼上将比在楼下体重“轻”

啊勇 · 发表于 2006-8-16 15:11:18

转贴标明啊，不过真的很详细。。没多少人懂

キャスバル · 发表于 2006-8-17 00:30:59

原帖由啊勇于 2006-8-16 15:11 发表
转贴标明啊，不过真的很详细。。没多少人懂

不是转的，问题是不知道怎么归类

キャスバル · 发表于 2006-8-16 05:41:30

宇宙世纪中的生活

1999年除了是20世纪和第二个千僖年的倒数第二年以外，还标志着一个历史性的纪念年份。这就是日本动画系列片，「機動戦士ガンダム」（Mobile Suit Gundam，机动战士高达）的20周年纪念。这同时也是另一个科学设想的25周年纪念。这个概念最后演化成了《深空边疆：宇宙中的人类殖民地》（The High Frontier: Human Colonies In Space，1977年，Morrow Press/Bantam出版，ISBN 1-896522-67-X； 1989年再版，SSI Press出版，ISBN 0-9622379-0-6； 2000年修订，Apogee Books出版，ISBN 1-896522-67-X），它是由普林斯顿大学（Princetion University）的杰勒德·K·奥尼尔教授（professor Gerard K. O’Neill，1927-1992）提出的，是高达传奇设定基础的主要依据。虽然日本Sunrise（Nippon Sunrise）的高达传奇已经被多次描写过，但主要的焦点通常都集中在角色（chara）和机械（mecha）上。而最好个一个的高达信息来源就是马克·西蒙斯（Mark Simmons）优秀的Gundam Project网站，它提供了关于高达世界这些年来发展出来的历史，地理，*******和科技的背景材料。我的目的是在这里揭示存在于科学幻想（science fiction）后面真正的科技细节，描绘出一个高达世界物理形态上的外貌，并在这基础上进行科学地探讨。这些背景科学的基础来源于播出过的动画，虽然在那里它们的细节通常是非常模糊的。

宇宙世纪开始之谜

高达传奇的背景是宇宙世纪（Universal Century，UC），最初的动画开始于UC 0079年9月。当然，从UC纪年的日历中采用这个日期并无什么特殊意义，而且该日期在动画中还被故意淡化了。之所以选择UC 0079年看起来似乎是想和1979年对应起来，当时最初的系列正要开始播出，这显示该年份完全是任意选择的。自那以后，UC纪年法的日历中出现了许多UC纪年方式，它们都拥有丰富的日期设定。每一种都有它自己的拥护者，但每一种也都是争论的主题。在富野喜幸（Yoshiyuki Tomino）最初的设定中，他指定公元2066年是UC 0079年——几乎是他创作时的一个世纪以后。如果我们完全接受这个UC纪年法并沿着富野的视角去看关于这个故事发生的时间，那么UC 0001年对应的是公元1988年——在最初的高达动画上映的十年以后。当时是80年代，而现在的《星际旅行》（Star Trek）系列也有一个与之相似的问题，它把它故事中提及的“遗传战争”（Eugenics Wars）定为公元1996年爆发。下一个UC纪年可能开始的日期是公元1969年，该年中阿波罗11号（Apollo 11）在月球登陆。80年代之前的高达爱好者们认定这个日期时，缺乏其他的参考，就根据罗伯特·A·海因莱因（Robert A. Heinlein），1947年的科学幻想预言小说《火箭船伽利略号》（Rocket Ship Galileo）以及1950年大受欢迎的电影《目的地：月球》（Destination:Moon）的作者的意见，按新闻评论员沃尔特·克朗基特（Walter Cronkite）在1969年6月20日所说的：“他们应该把今天命名为元年第一天！”（”They should make this Day One of the Year One!”）它被采纳并使用在外传故事漫画（manga side storys）《大败走》（Stampede）和《外面的高达》（Outer Gundam）中。根据这个纪年方式的计算，UC 0079年相当于公元2047年，正好是富野最初设定时间的20年前。问题是UC 0001年不仅是空间旅行的开始时间，也是第一个太空殖民地的建设日期，现在看来明显没有发生这样的事情。这也涉及第一个永久月面殖民地，冯·布劳恩城（Von Braun City）的建立日期，UC 0027年，它对应的是公元1995年。下一个UC纪年开始的日期是公元2001年。它有许多理由作为开始日期，至少很容易换算：只要在UC纪年上简单加上2000就成为公元纪年。这个开始日期的支持者也引用动画（anime）本身的一些支持证据来证明。在最初系列片的第26集中，一个监视画面上显示的日期是“2079”。（这个时间戳随后在为第2部动画电影，《高达Ⅱ：哀·战士编》（Gundam Ⅱ:Soldiers of Sorrow）重新绘制的画面中被移除了）相似的，第二部系列片，《Z高达》（Z Gundam）的第8集中，一张天文图片上的日期显示是“9月20日，2087”（Sept 20,2087）。据此计算，冯·布劳恩将在公元2027年建立，而初始系列中的故事将发生在公元2079年，即该系列动画播出的整整一个世纪以后。再下一个UC纪年的开始日期是最为官方认可的，但也是最不明确的，因为它只是被表明开始于公元2045年“后的某个时候”。官方的UC时间线在万代（Bandai）出版的书籍中使用，随后又被其他出版商的再版和采纳，确立了第一个永久性的太空殖民卫星建立于公元2045年，随后当实际的移民开始时就成为UC 0001年。在后来的时间线叙述中，这两件事情被列在一写成“公元2045~UC 0001”——结果许多读者判定公元2045年和UC 0001年指的是同一个年份。实际上，最早的UC纪年开始年份应该是公元2046年，只有当一个太空殖民卫星建成后的一年里才能容纳永久性的居民。对于所有这些解释而言，十年的时间将比明显的空想更为合理。据此计算，冯·布劳恩建立的最早日期是公元2071年，而初始系列的故事则发生于公元2123年。这几乎是在该系列播出的一个半世纪以后，也是较最初设定的时间半个多世纪以后——对今天而言，也是接近半个世纪之后。值得注意的是，在1996年，所有万代出版物中的时间都从当前的年份直接跳到了UC 0001年，因此，任何官方认可的特定年份都可以修改，也都可以随便地被关联到UC纪年的开始，然而——在《高达0080》（Gundam 0080）的最后一部中，一张报纸展示了日期是0080年1月14日，星期一。如果任何在屏幕上看到的事物都是权威的，那么这为我们一个绝好的机会来判断高达历史中的哪一个日期是对应着这个星期的那一天。烦琐？或许是。但内在的一致性——周日与周末和它们相对的日期是匹配的——以及在B-CLUB的高达0080视觉漫画（Gundam 0080 Visual Comic）第2卷中的时间线都证明，看起来的确来源于Sunrise的高达2000纪年。此外，官方的新户社（音，shindosha）出版的时间线也显示，和格里高利历（Gregorian calendar）一样，UC的闰年也是4的倍数——在《高达ZZ》（Gundam ZZ）中，阿克西斯（Axis）宣布新吉恩（Neo Zeon）成立于UC 0088年2月29日——因此那个1月14日是星期一的UC 0080年也肯定是闰年。那么公元1969年和公元2000年都无法作为开始日期，来满足0080年1月14日是星期一的要求。

因此，事实上，只有3个日期超过80年（来达到UC 0080年）但小于150年（这样才合理），并在公元2045年以后能满足其闰年的1月14日是星期一的要求：公元2132年，公元2160年，公元2188年。如果UC 0080年是公元2132年，那么UC 0001年应该是公元2053年——仅仅8年以后。这样，它和把人类从开始到登上月球的时间，即从1961年1月31日的水星计划（Project Mercury）到1969年11月20日的阿波罗11号，是一样长的。但奥尼尔他自己则计划用25到30年来做这样的工作——比如在公元1979年开始建造他的“深空边疆”，我们将在公元2002年完成。而如果UC 0080年是公元2188年，那么UC 0001年将是公元2109年——64年或大约3代人的时间。这几乎和UC纪元开始直到最初系列中的故事时间一样长。太长了！那么“甜点”（sweet spot）应该是公元2160年。根据此计算，宇宙世纪开始于公元2081年——大约初始系列播出一个世纪以后——花费了36年来建设殖民卫星——和奥尼尔自己的计划一致——且冯·布劳恩城在公元2107年完成，而最初系列的故事发生在公元2159年。

家,拉格朗日点上的家

约瑟芬-路易斯·拉格郎日（Joseph-Louis Lagrange ，1736–1813）是一位法国数学家。直到太空时代来临，他依然非常著名，因为他创立了使用能量原理来代替力学解释宇宙如何进化的物理学分支，拉格郎日学说。拉格郎日的业余爱好是所谓的牛顿物理中的“多体”（n-body）问题。牛顿的定律指出两个物体的运动归结于他们之间的相互作用。当两个物体，比如地球和月球，互相围绕旋转，一个人只需要设立微分方程并通过计算就可以判断它们在任意时间点上的系统状态——这就是一个“双体”问题。多体问题就是对“n”个物体交互作用的相似求解过程，n代表所有大于2的数字。

对于有n个对象的任意系统而言，共有10个牛顿方程式用于求解，6个描述了质心的运动，3个用来计算角动量，最后一个则是能量守恒。“问题”是这些方程式的求解 “证明”了任意多体的物体系统是不稳定且不存在的。那，谁能解释为什么有太阳系和其他确实存在的多体系统？1772年，拉格朗日出版了他的“Essai Sur Le Problème bese Trois Corps”（L’Academe Royale de Sciences de Paris, Volume 9），一个极好地解决了“三体”问题的近似法。通过忽略第三个质心来同其他两个做比较，他证明了有一个确定的平衡状态或叫做“天平动”（libraion）的解答法。这个学说对两个世纪以后的现在显得尤为重要，因为人造卫星的质量对于地球和月球来说就可以忽略不计，而这就能用拉格朗日法去寻求实际的应用。这些解答中的一个显示了这第三个物体可以在5个天动平衡点保持静止，现在这个五个点被称为拉格朗日点（Lagrange points）并被命名为L1到L5。L1是最容易确定的——在地球和月球之间双方的重力吸引互相抵消的地方（距离地球325,000千米，距离月球56,000千米）。 L2在月球的另一侧，那里受到两个重力的联合吸引（距离地球447,000千米，距离月球67,000千米）。L3在月球轨道上的另一端，与月球正相反的方向（距离地球380,000千米，距离月球760,000千米）。所有这三个点都是鞍状的重力“峡谷”，如果一个物体垂直于地球-月球轴心位移将会被拉回这个轴心。由于沿着轴心的位移是不明确的，这些点通常被认为是不稳定的平衡点（而这些点周围的圆形“光环”轨道的平面垂直于地球和月球的连接线，因此它们就和围绕着一个真正天体的轨道一样稳定）。L4和L5，是另一种形态，处在一个碗状的峡谷中，这里一个物体向任何方向的位移都会被拉回中心，因此这些点本身就是稳定的平衡点。它们在月球轨道，与地球和月球相等距离的位置上，和L3形成一个等边三角形（每边长380,000千米）。L4在月球以东60°（也就是说，地球旋转的方向或逆时针方向）；L5在月球以西（顺时针方向）60°，跟随着月球在围绕地球的轨道上行进。拉格朗日的学说在一个世纪以后被证实：1906年在木星轨道上发现了特洛伊小行星群（Trojan asteroids），如果把木星比做月亮，太阳比做地球，那它就精确地位于L4和L5点上。这个发现至今影响深刻，在任何轨道上L4和L5点都可以由天文学家通过计算或跟踪特洛伊点求得。 1979年，A·A·凯默尔（A.A. Kamel）在斯坦福（Stanford）大学教授约翰·布利克沃尔（John Bleakwell）指导下，出版了他的博士论文《在Lie代数变换基础上的摄动理论和其对靠近受太阳摄动的地球-月球三角形天平动点的运动应用》（Perturbation Theory Based On Lie Transforms and its Application to the Stability of Motion Near Sun-Perturbed Earth-Moon Triangular Libration Points），更加精确地定义了该理论。拉格朗日天平动点对建设轨道上的生活环境是至关重要的，因为它告诉我们应该在哪里建造。庞大的物体可以安置在特洛伊点附近，精确的说是它通过微少的推进质量消耗。围绕着这些点做周期为29教斓墓斓婪尚校卑樗孀诺厍蚝驮铝粱啡铺舴尚小Ｗ湓谡