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哆啦A梦里的黑科技

2020-11-16

微型计算机·Geek 2020年10期
关键词:大雄机器人

我们曾经把这台从2112年偷渡过来的“机器人”叫作“阿蒙”“机器猫”或“小叮当”,甚至有人把这个系列的动漫叫作《只愿此生不再让你哭泣,让我穿越时空来拯救你》。不管有多少种称呼,为了尊重藤子·F·不二雄先生本人的遗愿,我们还是统一地把这个可爱的胖家伙叫作“哆啦A梦”吧!当然,剧中其他人物的名字也有很多种版本。为了方便大家理解,我们统一一下称呼。那个老被欺负,却幸运得一塌糊涂的懒鬼叫大雄;那个清纯可爱的小萝莉,也就是后来下嫁给大雄的MM叫静香;那个患有典型性儿童肥胖症,歌声堪比狼嚎的家伙叫胖虎;那个尖嘴猴腮,喜欢从后脑门看人的富家子弟叫小夫。

你知道哪位动漫人物最有爱心?是哆啦A梦!因为他总是伸出圆(援)手。哪位动漫人物最怕石头剪刀布的游戏?还是哆啦A梦!因为他的只能伸出圆手。这家伙的身高、体重、腰围、逃跑速度等数值统统都是129.3。最重要的是,哆啦A梦拥有各种神奇的法宝,这让我们的童年充满各种想象。如今,哆啦A梦都50岁了,童年不在的我们,除了缅怀一下年少时的快乐,也不禁思考,几十年过去了,哆啦A梦里的那些黑科技道具如今能实现吗?对了,虽然说漫画里的各种道具很厉害,其实哆啦A梦本身才是最厉害的黑科技,有能在黑暗中看清任何东西的红外线眼睛,有能找回遗失物品但常年处于故障中的雷达胡须(不知道能不能找回遗失的爱情),以及比普通人敏锐20倍的鼻子和可以装得下任何东西的四度空间百宝袋,除此之外,哆啦A梦的肚子里面还有一台原子炉,无论吃下什么皆可化为原子动力。所以哆啦A梦才是黑科技本体。

竹蜻蜓

法宝描述

你只要把它带在身体某个较为坚硬的部位(一般是带在头上),那么它就能让你腾云驾雾足足4个小时。据说这玩意儿是耗材,用过一次之后就要丢掉。

原理分析—竹蜻蜓能让你七窍生烟!

咱可以负责任地告诉你,就算你拥有竹蜻蜓,也High不起来。为什么?让我们来做一道简单的物理题:当气体以不同的速度流过某一物体的两个表面时,流速快的一面气压将减小,从而产生压强差,即产生向上的升力。固定翼飞机的机翼和直升机的旋翼横截面都是如此。直升机要获得足够的升力,要么旋翼够长,要么转速够快。

假设竹蜻蜓的旋翼的纵截面为0.2m×0.03m=0.009m2,横截面的角度也足够大(角度不能过大,否则会截断尾部空气,造成危险),则空气流经上表面的速度是下表面的1.07倍。而旋翼的转速再快,翼尖的速度也不能超过音速,即340m/s。我们可以用伯努利定理算出,竹蜻蜓在亚音速旋转时的最大升力仅有180牛顿,即18kg。这时,竹蜻蜓每秒将旋转500圈,而普通风扇的最高转速不会超过每秒10圈。

我们姑且不算重达129.3kg的哆啦A梦和患有典型性儿童肥胖症的胖虎,就算是要载起体重30kg的大雄,竹蜻蜓的翼尖也必须做超音速转动。那样的话,噪音会相当大,多大不好形容,不过震到耳膜出血,七窍生烟是绝对没有问题的。

竹蜻蜓能把你拧成麻花!别以为咱说这句话是吓人的。去看看牛顿第三定律,作用力与反作用力的原理吧!直升机旋翼在旋转时会让机身向相反方向旋转。因此,哆啦A梦在使用竹蜻蜓时,必须像普通直升机那样,让尾巴高速旋转来做反方向推動,并靠调整尾巴速度来实现转向;或者不断地威猛地放屁,用附壁效应实现推力平衡;或者像CH-47那样,在头上和屁股各装一个旋转方向相反的旋翼;或者干脆像KA-52那样,将两个共轴反向旋翼上下排列。而原著中单旋翼式的竹蜻蜓在高速旋转的同时也会产生巨大的扭矩,恐怕还没飞起来,人已经被拧成麻花了。还有一点咱一直没搞懂,竹蜻蜓是如何抵抗大于体重的作用力,“黏”在头发上却不会飞掉。

可行性评估

这玩意儿在地球上绝对不可行。如果哪位觉得在火星上可行,可以回火星去试试。要玩竹蜻蜓,就得加长旋翼,采用共轴反向双旋翼结构。不过那样的话,恐怕地球人的脑袋顶不起如此硕大的结构。

间谍装置

法宝描述

对于纯洁的大雄和哆啦A梦来说,这套装置能够让他们通过视频跟音频来观察同学们的一举一动。要是这玩意儿落入口味很重的怪叔叔手里,后果就不堪设想了。

原理分析—我看你怎么飘?

哆啦A梦的间谍装置除了一个能够输出视频和音频的接收器之外,还有一只“眼睛”和一只“耳朵”,它们飘着飘着就飘向目标了。我们实在没法把它们和空气动力学联系起来,难道它们采用了传说中的反物质动力?要在大气层内执行间谍任务,动力问题总得解决吧?高大威猛的“全球鹰”似乎超出了大雄和哆啦A梦的承受范围;而小巧玲珑的“大乌鸦”又显得不够火星。

其实,美“灯塔国”曾经搞出过和哆啦A梦的这个法宝类似的东西,这款概念机的翼展只有7.4cm,仅重10.5克,它能依靠锂电池和微型电机在100米的高度巡航1小时,不过要悬停还是有点困难。它能用高精度硅元CCD摄像头侦查1公里范围内的目标,并通过21GHz的数据传输器传回图像。只是这种像模型飞机一样的东西明显没有如今的四轴飞行器对于固定目标的探索来得稳当。只是四轴飞行器目前只适合拍照,不太适合监听。

因为微型CCD和微型红外成像技术的进步使迷你飞行器捕捉到的画面越来越清晰,但要精确地捕捉声波信号并不容易。传统的做法是让微型高灵敏度麦克风尽量靠近被窃听对象。也有人将微型超高频收发器放入子弹,再用微声冲锋枪把它发射到目标附近。还有人发射一束极细的激光到被窃听房间的玻璃上,通过玻璃的轻微振动来还原室内的声波振动。不过,这些方案中的监听设备都不会靠近飞行器这样的噪声源。我们相信,随着纳米技术和降噪技术的发展,高灵敏微型窃听器被装上微型飞行器也只是时间的问题了。

可行性评估

这玩意儿要去偷窥至少也得飞起来先啊!虽说目前的微型视频捕获设备已经很强大了,但要从微型飞行器这样的噪声源上精确捕获远处的声波信号似乎很有难度。如果只需视频偷拍功能,那这玩意儿可就多了去了,可以说这东西是目前而言最接近实现的黑科技产物,感谢以大疆为代表的国内公司吧,正是他们不断创新,才有如今便宜的飞行器。

撞倒手

法宝描述

只要大雄给这个“撞倒手”小机器人投入10日元(相当于6毛人民币,真便宜啊!),然后喊一声:“胖虎!”,“撞倒手”就会接受指令,接近胖虎,并用各种方法放倒胖虎3次。不幸的是,大雄刚刚投入硬币,静香却突然飘了过来,并温柔地呼唤道:“大雄!”……要想取消指令?对不起,请支付100日元的违约金先。

原理分析—机器人并不难造!

按照极客的分析思路,要弄出这么一个“撞倒手”并不困难。首先我们需要一个能够自主移动的机器人。履带式的武装机器人早就在伊拉克和阿富汗证明过自己了。其次,这个机器人需要具备语音识别功能。在获取目标人物的姓名后,机器人需要通过户籍数据查询、网络搜索、手机信号扫描、调用监控摄像头、甚至调用卫星数据来确定目标的大致方位。要是你经常看国产电视剧和韩剧以外的电视节目,那你应该知道这些手段都不算太难。机器人在接近目标之后,还需要通过人像识别和语音识别技术对目标的身份进行最后的确认,要是认错了人可就不好玩了。至于最后放倒目标的动作,这根本不用我们担心。以现有的机器人技术,至少有一百种放倒你的办法。

别忘了机器人三定律!这个“撞倒手”涉及的技术大多已经比较成熟,在这方面出问题的可能性不大。但它主要的问题都集中在社会学领域。首先,机器人很难通过一个名字判断出准确的目标,在国内这种重名比较普遍的地方尤其如此。如果说这个问题还可以通过辨识指令发布者的身份来进行精确的判断,那么要在网络上拿到精确的个人信息将是一个更为复杂的问题。这会牵涉到行政管理、隐私保护、社会伦理学等复杂的问题。这些问题使得“撞倒手”的使用和管理变得非常不可行。相比这个复杂的问题,“撞倒手”违背“机器人三定律”的事实基本可以忽略不计。毕竟没有几个研究机器人技术的科学家会把哪个科幻小说作家的话当真。

可行性评估:

咱不认为“撞倒手”是不可行的,但是这并不代表我们认为“撞倒手”是可行的。要是你不明白我们在说什么,就当我们什么都没说好了。

地板上的稻田

法宝描述

地板上的稻田只能在室内使用。这东西能让你在室内的地板上种出水稻。当然,要满足水稻的生长条件,还得用上“胶囊里的秧苗”“室内小型太阳”和“罐子里的云”等道具。但最诡异的是,这种水稻只需要两个小时就可以收割了。有了它,农民伯伯真的能告别面朝黄土背朝天的日子了。

原理分析——地板上的稻田就是无土栽培!

这个所谓“地板上的稻田”其实就是一个为植物定制的室内生长环境。在这个环境中,哆啦A梦和大雄用人工设备为植物提供生长所需的光、热、水、气四种主要元素。在现实中,我们也已经有了类似的解决方案,即:无土栽培技术。所谓无土栽培,就是在室内环境中,用培养液代替土壤来栽种植物,植物所需的各种养分会配制成营养液,按比例加入培养器皿中。由于这种环境是在室内,所以日照、温度等自然条件可以采用人工模拟的方式来提供。这就更容易进行精确地控制,从而提高产量,缩短生长时间。无土栽培的成本比普通栽培高出很多,但它可以被用于多层建筑物内,单位面积的产量会相当高。除作为科学实验以外,无土栽培技术对于可用耕地较少的国家来说具有很大的价值。

只是漫画里两个小时就能收割的水稻确实是个大问题。即使是拥有近乎完美的养分供给和环境控制,我们也没办法像哆啦A梦那样在两个小时之内获得收成,因为植物必须有足够的时间来进行细胞分裂和成熟。最近几年,基因技术的发展使我们能把生长较快的植物的基因注入农作物的基因中。就算要以这样的方法来培育出能够在两小时内收割的水稻,我们至少得先找到一种能够在两小时之内成熟的植物才行吧?在找到这样的植物之前,我们只能用周期较长、效果也有限的人工筛选法来缩短水稻的生长时间。目前最好的水稻品种,也只有在南方部分气候温暖的地区能达到一年四熟。而成熟时间最短的纪录是一些蔬菜品种,能够达到一年七熟。这似乎离两个小时的成熟期还远着呢。

可行性评估:

在地板上种水稻可不是什么新技术,我们现在就能做到。真正的难点在要能在两小时之内就要割稻子,恐怕要到21世纪中叶之后才有机会实现。

未知世界呼唤机

法宝描述

只要你按下按钮,这台机器就会向外太空发射信号,外星人会在短短数秒之内赶来。不过要小心,如果你不能让外星人高兴而来,满意而归的话,说不定会引起外星人入侵地球的灾难。让外星人高兴的方法也很简单,请外星人喝啤酒,送他玻璃珠就行了。

原理分析—发射功率是个大问题!

以哆啦A梦129.3cm的身高作为标尺,未知世界呼唤机连天线加在一起的高度不会超过40cm。比一个无线路由器大不了多少,很难想象这东西发射的电波能在短短数秒之内让外星人收到,并且让外星人赶到地球。1974年,人类已经使用阿雷西博射电望远镜(Arecibo Observatory)向距离地球25000光年的球状星团M13发送了一串由1679个二进制数字组成的信号。如果信息被地外星人所接收,会读到的信息依次为:用二进制表示的1~10的数字;DNA所包含的化学元素序号;核苷酸的化学式;DNA的双螺旋形状;人的外形;太阳系的组成;望远镜的口径和波长。

之所以向球状星团M13发送信息,是因为其中的恒星分布比较密集,被地外星人接收的可能性相对较高。这台固定在地上的望远镜非常壮观,其直径足足有350米,发射功率高达150千瓦。虽然它不能转动,但却可以通过改变“锅盖”上方馈源天线的位置来改变扫描区域。我们再回头看看未知世界呼唤机,它没有定向天线,只有两根全向天线,长度也不超过20cm。咱粗略估计,这玩意儿发射信号的有效距离会非常有限。当然,哆啦A夢是来自2119年的,我们姑且认为它很强大,但这玩意儿的信号能不射能出大气层依然是个问题。

时间更是问题!功率问题我们就不深究了,假设呼唤器的功率足够大,外星人一定收得到,并且弄得明白。我们来算算外星人来一趟要花的时间。还是用阿雷西博射电望远镜这个例子来说明吧,它发射信息的星团距离地球约25000光年(光年是什么意思就不用解释了吧?)。太阳系离银河中心的距离也差不多这么远。也就是说,假如外星人在收到信号3秒内就读懂了,并且向我们反馈一个信号,我们也得等上5万年零3秒才能收到信号,更不用说外星人亲自来要多久了。至于外星人能不能超光速飞行,相信你在看了后面分析时光机的文章后就会明白。

可行性评估

目前来看,这玩意儿很难实现,至少时间问题很难解决。如果你是外星人的粉丝,那么还是看看好莱坞大片算了。如果你对此非常狂热,试试自己夜观星象,看能不能接收来自宇宙的信息。

原理分析—请你温柔一点!

很明显,小真是一个高度仿真的机器人。开发她的目的完全是为了模仿真人,这既包括外观与行为上的模仿,又包括思想感情上的模仿。从技术角度讲,仿真机器人是对控制论、机械电子、计算机、人工智能、材料学和仿生学的高度整合。要造出完美的仿真机器人需要哪些条件呢?首先我们要解决人工智能的问题,即:能不能像人类一样分析、推理并解决问题,也就是像人类一样思考。其次是仿真度的问题,即:能否完全模拟人类的外观,并把行为和思想完美地结合起来。从小真身上看,22世纪的这种整合技术似乎仍然不够成熟。虽然她的外形和真人没什么区别,但是她的思维和行为却差得远。例如:小真看见胖虎和小夫欺负大雄,就会用她那100万匹马力的力量来以暴制暴;看见静香和大雄说两句话就气得想要把静香大卸八块。姑且不说100万匹马力的动力来源问题,就算只看以上行为,小真也是一个“疯子+醋坛子”。她已经严重违反了“机器人三定律”。一个不遵守“机器人三定律”的机器人完全有可能变成一台可怕的杀人机器。

换个角度思考!很显然,哆啦A梦将一个仿真女机器人送给处于青春期萌芽状态的大雄(别怀疑日本男生荷尔蒙的分泌能力)是有其深刻含义的。这让我们想起了一种在日本很盛行的物品—充气娃娃。你想想看,同样是模仿人体构造,体积符合使用者的尺寸,身体柔软易推到,皮肤有弹性手感好,最重要的是可以反复使用。此外,小真比一般充气娃娃更强的是她能自己动、有自己的思想,并且绝对忠于大雄。这样大雄能用的姿势,哦,错了,是能获得的知识更多(知识就是力量、知识决定命运啊)。就算大雄不懂也没关系,小真会认真地调教他。想想机器人的存储能力,你就该知道小真脑子里关于这方面的知识有多少了。虽然小真的脾气不好,但你得换个角度来思考。如果你经过千辛万苦调教出来的MM,会被人打破头,甚至被其他人给勾引跑了,你还能保持理智吗?所以说,我们不能拘泥于机器人三定律来判断一个机器人是否成功。要知道,人类在爱情面前都是不可理喻的,我们又凭什么要求人类造出来的机器人就得随时保持理智呢?

可行性评估:

从机器人助手或者机器人帮手这个角度来说,小真是一个彻头彻尾的失败品。但是从另外一个角度来思考,小真非但不失败,反而非常成功。她不但自己对大雄进行言传身教,并用人类一样的思考及行动来护卫大雄,以及自己的尊严,还有什么比这还让人感动的吗?失败也好,成功也好,要以目前的技术来实现这些功能是比较困难的。不过,仿真机器人的发展前景一片大好。也许22世纪的人类真能造出一个小真来。

机器人小真

法宝描述

为了让大雄那脆弱的心灵有个依托,哆啦A梦从未来世界带来了机器人玩伴小真。通过设置,小真打心眼里喜欢大雄。不过别以为这是好事,万一惹怒了她,100万匹马力的力量可不是开玩笑的。

太空船操作训练机

法宝描述

大雄看了一本宇宙探险的书后,一直缠着哆啦A梦带他去太空探险。如果谁有胆量让大雄当导游,带20个人的旅游团去风景区的话,那估计最后只有2个人能回来,其中还不包括大雄。面对死缠烂打的大雄,哆啦A梦只能乖乖地拿出太空船操作训练机,让他在家里遥控“飞碟”过过瘾。最后,大雄还是一如既往地把这玩意儿给弄坏了。嗯,都坐下,不要急,常规操作。

原理分析—强大的虚拟现实技术

在我们看来,这台太空船操作训练机实在不够神奇。以现有的技术,我们完全可以搞一台比这更好的设备。说白了,这套设备就是应用了VR(Virtual Reality,虚拟现实)技术。目前的VR技术已被广泛应用于娱乐、教育、艺术、军事、航空、医学、制造业和机器人等领域。

20世纪60年代,VR技术以图形仿真器的形式出现;20世纪80年代,VR技术逐步兴起;到了20世纪90年代,VR产品问世。而现在,VR技术早已进入各位的家庭,各种VR游戏系统就是最好的证明。在医疗领域,VR技术被用于解剖教学、复杂的手术过程和远程手术。在航天领域中,VR技术则能逼真地模拟出太空中的情景,帮助宇航员习惯在太空的环境。美国航天局(NASA)在“哈勃太空望远镜的修复和维护计划”中就大量采用了VR技术来训练航天员。此外,工业设计中的风洞模拟和军事领域中的“虚拟现实训练系统”都采用了VR技术。随着计算机技术的发展,VR技术与我们的生活日益密切,说不定哪天咱还能虚拟一个娇美的老婆出来。大家还记得《黑客帝国》讲的是什么吧?

问题的关键是反重力飞行,这台机器能够遥控一个小型实体飞碟。请注意这个小飞碟是如何飞行的!没有任何螺旋桨,没有任何喷射装置,难道这玩意采用了传说中的反重力?不愧是来自未来世界的先进玩意儿。不过对于身处21世纪初的我们来说,造出反重力装置的可能性几乎为零。虽然很多科学家倒腾反重力几十年了,也获得了一些极具价值的理论研究成果,但现在确实还没人能整出反重力设备来。不过,这东西的前景绝对不错。在能源越来越紧张的未来,谁要是能整出反重力设备,绝对能发大财。

可行性评估

说实话,除了那个反重力飞碟,这机器实在没啥技术含量。CRT显示屏、立體声音箱之类的配置也实在是烂了点。在那个年代,可怜的大雄甚至连上古游戏《极品飞车》都没得玩。等咱有钱了,怎么也得整个全范围显示屏或者头戴式显示器、再来一套7.1声道的音箱。至于那个小飞碟,完全是多余的东西。现在电脑这么强悍,还要那玩意儿干吗?

心电感应机器人

法宝描述

大雄生病了,哆啦A梦看到大雄的老妈做家务太劳累,又要满足大雄的要求,于是拿出了心电感应机器人照顾大雄。大雄这个懒家伙为了满足自己的欲望而滥用心电感应机器人,让机器人端茶递水,偷人家点心,拐骗静香来自己家,痛扁胖虎……结果,大雄惹怒了众人,最终尝到了苦头。

原理分析—你了解自己的大脑吗?

像大雄那样用思想来控制机器人,现在已经不是什么新鲜事了。只要你的脑子能正常工作,你也可以用思维遥控机器人。

我们的脑子像一颗花椰菜,大脑皮质(又称为灰质)相当于花椰菜绿色的部分,它包覆在髓质(又称白质)的外围。灰质由六层共约一百亿至三百亿个神经元细胞体组成,它们之间有着错综复杂的联结,并以细胞膜上的电位变化来交换信息。尽管这些电位变化形成的电流虽然微弱,但早在1929年,德国的精神科教授汉斯·伯格就已经把脑子里电流的变化记录下来了,这就是我们常说的脑电波。

经过多年的研究和实验,科学家发现脑波按频率可分为四种:δ波(0.4Hz~4Hz)、θ波(4Hz~8Hz)、α波(8Hz~14Hz)以及β波(14Hz以上)。当正常人安静闭眼,但维持清醒时,脑波以α波为主。α波在枕叶部位特别明显,并且在眼睛张开后便会被抑制。δ波和θ波统称为慢波,一般出现于睡眠时期,若是成人在清醒状态下出现慢波,则多半是有异常。波又称为快波,临床意义较为多样化,依出现的时期、情境和部位而定。

除了上述的这四种波,科学家还发现大脑会发出一种有趣的波—μ波。μ波的频率和幅度与受测者的α波相似,但频率略快些,分布位置也和α波不相同。最有意思的是,当人的手指有动作时,μ波就会被抑制。如果被测试者只是想象手指的活动,μ波也会被抑制。正因如此,μ波可作为人脑与计算机通讯的接口。所以,有厂商开发出一套“紧箍咒”,只要把这东西套在你头上来跟踪μ波,你就可以用思维来控制电脑甚至机器人了!

可行性评估

以目前的科學技术来实现用思维控制机器人完全是小菜一碟。来自22世纪的哆啦A梦能搞到这玩意儿也绝对不奇怪。现在有很多玩具厂商都做了类似的玩具出来,你完全可以去买一台脑电波控制器来玩玩。等一下,为什么是玩具厂商?因为这东西现阶段并不稳定,所以只能当玩具。至于要控制啥东西,就得看你自己的胃口了。不过,人的思想难免有邪恶的时候,就不要让机器人把各位邪恶的思想都一一表现出了吧!

任意门

法宝描述

除了竹蜻蜓和时光机,恐怕任意门要算是哆啦A梦用得最多的道具了。有了任意门,大雄和哆啦A梦想去哪儿,就去哪儿。要是咱也有了任意门,那春运的时候就再也不用花什么冤枉钱去买高价机票或火车票了。

原理分析

相信看过哆啦A梦的人,没有一个会不想拥有这个法宝。不过,目前还真没人能造出这东西来。但我们也不能说哆啦A梦的任意门完全是YY出来的,因为这东西是有理论依据的。从爱因斯坦的广义相对论来看,如果物体的引力或外部能量足够大,那么空间将发生扭曲,使三维空间中的两个点被拉近。当这种能量强到能让两个点几乎重合时,只要你从几乎重合的三维空间的两点之一穿过,就能直接跨越两点间的三维空间,即:在同一时间出现在另外一点。这就是传说中的瞬间移动。除了使用能量压缩空间的办法外,如果各位还能找到传说中的虫洞,也可以实现瞬间移动。不过,目前没人能在地球上搞出能压缩空间的能量,也没人能找到传说中的虫洞。所以,咱还是劝你还是死了这份心好了。

瞬间移动的后果,按照爱因斯坦的相对论,时间是相对的,也就是说,不管哆啦A梦和大雄的任意门是采用了能量压缩空间的方法还是寻找虫洞的方法,只要大雄和哆啦A梦瞬间移动了,那么,尽管他们本身的时间不变,但周围的人(大雄父母、静香等未使用任意门的人)的时间会变快。或者说,周围人的时间没有变化,但哆啦A梦和大雄的时间会变慢。假如哆啦A梦和大雄真的瞬间移动了,那等他们回到家时(他们回来时可能没有家了,为了便于描述,还是称之为家),大雄的父母至少应该是白发苍苍了,甚至有可能已经去世了。这点诺兰的神作《星际穿越》讲得很清楚了,同学们可以自行复习一下。

可行性评估

尽管有爱因斯坦的理论作依据,但就目前的科学技术水平来说,想用任意门来实现瞬间移动还是不太现实。不过,大家也不用太灰心,科学家们已经通过实验成功将一个原子的量子传递给了另一个原子。这就证实了隐形传物的可行性。等到了哆啦A梦所在的22世纪,说不定咱们真的可以拥有任意门。

自家用卫星

法宝描述

哆啦A梦和大雄将几种不同功能的微型卫星安装到微型火箭上,并发射到了太空。他们用这些卫星来监视和监听别人的言行、控制天气、甚至是用塑料子弹攻击目标。虽然这玩意儿很强大,但运行几个小时就会自动坠入大气层。

原理分析

现实中的侦察卫星大多属于军事范畴。大雄用这东西来看看房顶也就罢了,但他却要观察别人在房间内的一举一动,要求还真高。好在大雄是个天真的好孩子,没有什么邪恶的想法。我们都知道,卫星隔着厚厚的大气层,而可见光在空气中会受到干扰。虽然可见光并非严格按照直线传递,但是要光线九曲十八弯地拐进房间内是不是玄了点?就目前的技术来说,卫星直抓取房内图像的功能还不能实现。如果用遥感技术,那我们将无法获取直观的画面。你去用用卫星地图就明白了。

哆啦A梦和大雄可以用卫星监听别人的谈话,甚至还能直接拿卫星当高音喇叭用。我们姑且不考虑声音在真空中无法传递的常识,姑且不考虑这是近地卫星还是地球同步卫星,姑且忽略大雄的声音信号从控制台传到卫星的时间,就算我们按照340m/s的音速和500km的近地轨道高度来算,大雄的声音从卫星垂直传达到达胖虎和小夫所在的位置也需要24分31秒。就算互相“问候”一句也得49分零2秒。

除此之外,哆啦A梦还使用了气象卫星。它的作用不是预报天气,而是控制局部地点的天气。这种“局部”的范围居然精度到了几平方米的的面积,而不影响周围。我们虽然已经可以通过发射含有干冰或碘化银的炮弹来实现人工降雨,但是要用卫星对大气层中的水滴进行精确控制,暂时还是离谱了点。

对了,哆啦A梦的卫星还可以发射核子子弹(这名字确实够恐怖),但实际上这只是塑胶子弹。就算这种未来世界的塑胶子弹强悍得能够穿越大气层,就算从大雄按下开火按钮到胖虎或小夫被击中的时间长达5秒(动画片中实测的时间为2. 5秒),那么其末速度将高达100. 025km/s(294马赫),这大大超过了第三宇宙速度(16.7km/s),这玩意儿飞出太阳系都绰绰有余。如果这样的弹头击中胖虎或小夫,恐怕就不止动画片里那种疼痛的感觉了。我们再来做一道物理题:忽略弹头受到的空气阻力和摩擦产生的巨大热量,就算弹头仅重1g。那么根据动能公式计算,弹头的动能将高达5×106焦耳,而Ak-47的子弹枪口动能也不过1992焦耳。这玩意儿把人烧成灰都没问题。这可真是居家旅行,杀人灭口的必备武器啊!

可行性评估:

把卫星造小不难,把小卫星打上天也不难。难就难在从卫星获取建筑物内的真实画面,难就难在于太空和地面之间实现声波传递,难就难在用卫星控制地面某一精确面积内的天气。当然,用那种打塑料子弹的卫星来杀人还是相当有威力的。

徽章追踪器

法宝描述

奸诈的大雄让他的伙伴们都戴上不同形状的徽章,无论这些上当的家伙是在书店,还是躲在空地的水管中,大雄都能清楚地在电子地图上看到他们的位置。

原理分析

如果有人认定徽章追踪器应用了GPS定位技术,那可就大错特错了。首先,徽章追踪器是哆啦A梦在22世纪百货公司买的玩具。而1989年2月4日,第一颗GPS工作卫星才被发射上天。而这个故事发生在20世纪70年代,那么,这玩意儿怎么能接收到GPS卫星发出的信号呢?因此,徽章追踪器如果采用GPS卫星定位技术就与GPS卫星的发射的时间产生了悖论。那么徽章追踪器又是采用了什么定位原理呢?简而言之,它不过是采用了并不稀奇的无线电定位技术而已。

要利用无线电进行定位,我们首先要了解自己所在的位置(绝对位置),比如:大雄的房间。然后,获得两个相当关键的数据—目标的距離与方位(相对位置)。然后再结合预先准备的地图,我们就可以准确地对目标进行定位。要算出目标的距离也非常简单:收发器先向徽章发射—个脉冲信号,该信号被徽章接收后,立即向收发器发送一个相同的脉冲信号,收发器接收到该信号就完成了一次定位。我们只要了解了脉冲信号一个来回的时间,就能算出目标的距离。假设脉冲信号一个来回的时间为3微秒,那么我们就能够根据无线电波的传播速度算出目标的距离,即(300000×0.000006)÷2=0.45km。也就是说,目标就所在的范围就是以收发器为圆心的,半径为450米的圆上的任意一点。

获得了目标的距离后,我们只需要获得目标的方位就能进行准确的定位了。其实,要获得目标的方位很容易—我们只要采用圆周扫描雷达,依靠接收信号时的天线朝向就能标定目标的方位。之前已经测定了距离,现在又有了方位,还怕找不到圆上的一个点?

可行性评估

徽章追踪器是可行性为100%的法宝,只不过在22世纪,它已经沦落为百货公司中出售的玩具而已。其实,无线电定位系统的组件很容易买到。很多极客都DIY出了无线电定位系统,只不过天线笨重了一点而已。他们还会经常聚集在一起,漫山遍野地找人玩。你要是有兴趣,也可以DIY一套出来啊!

时光机

法宝描述

大雄的书桌抽屉就是时光机的入口。时光机看起来就像一个带着控制台的简单平板,控制台上方悬挂着一只有5根指针的时钟。时光机的出口可以开在任何时刻、任何地点。

原理分析

目前,时间旅行虽然没有被证实,但也没有被证伪。所以,我们还是可以在相对论的基础上探讨一下哆啦A梦时光机的可行性。让我们从相对简单的开始:哆啦A梦带着大雄乘坐时光机去未来的大雄结婚前夜,根据狭义相对论,他们只要以接近光速的速度飞行,就能在短时间内到达十几年以后的地球,这就是著名的时间延缓效应—在运动参照系中,时间的流逝会变慢。

目前人类最厉害的强子对撞机L H C 能将粒子加速到光速的99.99991%,我们假设哆啦A梦、大雄以及他们屁股下面的时光机也能达到这样一个惊人的速度(即便如此,他们也需要花几天的时间才能完成穿越),如果哆啦A梦等人的质量为200kg,那么他们所拥有的动能将是8.99×1018焦耳!问题是,时光机所用的能量从何而来呢?假如时光机用的是野比家的民用电,那么哆啦A梦带着大雄玩这么一次穿越,至少需要2.50×1012度电,也就是说,全世界人民要经历一次差不多一个月的大停电,并想办法把电能都储存起来,才能满足大雄窥探一次成人版静香的欲望。所以,在家里玩时光机绝对不是好主意!

要知道,狭义相对论不允许超光速旅行,大雄这样玩只会有去无回。但爱因斯坦在提出广义相对论时论衍生出了“虫洞”理论!从理论上讲,只要在虫洞的出入口以光速运动,就可以让虫洞变成时间机器。虽然目前人类的研究仅限于量子级别的微观虫洞,不过哆啦A梦既然来自于未来,那么我们完全可以乐观地假设那个时代的人类已经能够建造出大尺寸的虫洞了。而半径1米,也就是抽屉大小的虫洞就允许时光机通过了吗?我们看到大雄跳进了抽屉……虫洞出口打开了……大雄出来了,不过已经变成了一串亚原子粒子!这种尺度的虫洞产生的张力会把穿越者打回原形。如果一个虫洞要达到可被人类穿越的标准,那它产生的张力就要足够小,这种虫洞的半径要远远大于1光年!如果哆啦A梦的时光机入口可以在地球上,那我们可以说:大雄家的抽屉是宇宙最大的抽屉?

可行性评估:

咱不得不揭露一个悲观的事实:在现有的物理理论体系和技术水平下,时间旅行是可望而不可即的。霍金提出的时序保护假设已经把宏观物体穿越的可能性封杀了。想制造时光机?那你从今天起开始研究相对论和量子物理吧!如果运气好的话,若干年后也许真有人能发明一台。

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