也許,太陽會給我們一點啟示,告訴我們氫的聚變不一定是爆炸,也可以持續進行,也是可以控製的。
4.超重和失重
在大型遊樂場中,超級秋千、雲霄飛車和勇敢者轉盤等遊樂項目最為驚心動魄,也最受人歡迎。玩過一回的人,都會體驗到那種難得的刺激:飛車翻騰,忽上忽下,時而壓迫感難忍,身軀好像要被擠扁似的;時而虛飄飄無依無托,仿佛正墜入萬丈深淵。這讓人心驚肉跳、失魂落魄的一分多鍾時間,說得好聽點是“花錢買感受”,說得難聽點是“花錢買罪受”。
上麵說的那種不尋常的感受,涉及到超重和失重問題,這些現象歸根結底是重力場或者說引力場裏的現象。引力場是一種被賦予了物理屬性的空間場地,它能吸引處於這種場地裏的任何一個物體。它的基本特性是,所有處於場中的物體,不論它們的質量多大、帶不帶電荷,隻要初始條件相同,它們就能在場中都以相同的方式運動。引力場理論與牛頓萬有引力定律的原始表述的根本區別在於,消除了引力作用的瞬時性質和超距性質,而把物體之間的引力作用看成是由引力場這種媒介物質來傳遞的。
什麼是超重現象和失重現象呢?舉例來說,假如我們一邊乘電梯上樓,一邊在裏麵用磅秤稱體重。此時人會受到豎直向下的重力和豎直向上的彈力。根據電梯運行的速度變化,磅秤上顯示的重量,即視重,是不一樣的。假如電梯勻速上升,磅秤上的視重就是人的實際重量即實重;假如電梯加速上升,磅秤上的視重就會超過人的實際重量,這就是超重現象;假如電梯減速上升,磅秤上的視重就會少於人的實際重量,這就是失重現象。類似地,假如電梯勻速下降、加速下降和減速下降,那麼相應地人會處於實重、失重和超重3種狀態。
一般來說,超重和失重,就是物體在豎直方向做加速和減速運動時,對支持物的壓力或者對懸掛物的拉力不等於所受重力的現象。當加速度的方向向上時,即加速上升或減速下降時,出現超重現象;當加速度的方向向下時,即減速上升或加速下降時,出現失重現象。
我們向天上拋一塊小石頭,當小石頭下落時,可以近似地把小石頭看做是自由落體,它的加速度大約是10米/秒2,或者說每秒速率的改變為10,這叫做重力加速度(常用g表示),方向豎直向下。假如我們乘坐在一台以重力加速度的量值下降的電梯裏稱體重,此時磅秤上的視重就是零(按牛頓第二定律很容易算),這就叫完全失重狀態。這隻是打比方,實際上,任何一台電梯都不可能變成自由落體。不過,像玩蹦極遊戲那樣,用一根牢固而有彈性的繩子拴住人的腳或腰,然後從幾十米的高空像自由落體似地往下跳,想必就能嚐到完全失重的滋味。
超重和失重現象,在航空航天領域更是普遍存在。火箭在升空時,加速度可以達到重力加速度的10倍,即10g,導彈則可以達到30g。為了預防超重現象引起的損害,必須事先加固航天器的各部分器件。對於人來講,一般人對超重的承受力為38g,飛行員由於經過訓練,可以承受46g。處於超重狀態的人,心髒所受的力也相應增大,心髒中的血液也處於超重狀態,為了維持正常的血液循環,心髒的負擔也就比平時要大得多。原本心髒就不太好的人,最好不要冒這種險。此外,人在超重狀態下還會受到神經、代謝、內分泌活動紊亂的“超重生理反應”的困擾,嚴重的會因腦缺氧而導致記憶力喪失。
航天飛機在環繞地球的軌道上運行時,由於重力加速度會部分或全部地用來提供向心加速度,因而會處於失重或完全失重狀態。這使得飛船裏麵的太空人的生活狀態異乎尋常:他們不會發出打鼾的聲音,因為失重,喉嚨中的小舌頭就不會下垂,也就不會因呼吸而引起振動發出鼾聲。湯匙中的湯水不是想像的那樣漂浮在空中,而是由於湯水的表麵張力而附著在湯匙上。人出汗時,汗珠不會一滴滴地往下落,而隻會彙聚在一起,融成一大團。
失重給宇航員們無疑會增加很多麻煩。稍為蓬鬆些的衣服就會膨脹起來,必須穿緊身衣才行;食物要裝進牙膏式的管子,然後擠進嘴裏;喝水要用有密封蓋子的特殊吸管;睡覺要鑽進特製的睡盒內,並用繩帶鎖定;行走要穿帶有鉤子的鞋,以便鉤住網狀的地麵;洗頭和洗澡顯然更加麻煩,於是成了非常難得的享受。長期生活在重力場中的人,一旦失去重力作用時,體液的流動會受到失重的影響,血液循環、心髒係統、泌尿係統都會出現反常變化。在太空中生活時間過長的人,還會出現骨質疏鬆、肌肉萎縮無力、紅血球減少等症狀,嚴重影響身體的健康。