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從技術角度解釋為何圣誕老人能在一夜之間將禮物送達世界各地
從技術角度解釋為何圣誕老人能在一夜之間將禮物送達世界各地
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原文版權歸美國北加州大學航空工程系教授Larry Silverberg所有,此文為該教授1997年12月12日在北加州教師年會上所作的講座文稿。 

說在前面的話

目的: 解釋圣誕老人這種神奇的現象

人為因素: 人類需要怎樣發展的環境才能解釋這種神奇的現象?為什么一群精靈們會投身到這個事業中來?

工程原理: 需要開發出怎樣的器材和設備?有哪些工程技術限制需要突破?

科學知識: 哪些科學原理將會被使用?我們現在有能力去理解那些科學原理么?如果我們無法理解那些原理,那么為什么我們無法理解,并且為什么圣誕老人就能理解?

  

下面將為你闡述圣誕老人為何并且是如何將禮物發送到每個孩子那去的。這個故事基于我們目前所能了解到的最具可能性,最具科學性且符合各種現實的工程常數參量。

北極點之旅

•   幾個世紀之前,在挪威的一個小村莊里,犯罪逐漸成為了一件常事(就象圣經中的罪惡之地)。因此圣誕老人和他的追隨者踏上了去往北極點的旅途.

•   由于北極地區那寒冷的天氣及強烈的風暴,在那生活是一件很困難的事。但正是這些困難讓圣誕老人和他的精靈們靠得更近了。

•   他們在地下為自己修建了精妙的住所來抵御這些艱難的環境。并且他們還學會了如何在地下溫室里種植食物。

•   這種地下建筑使用了類似于NASA(美國國家航天局)在月球建筑上使用的技術。構建封閉的生態系統用來進行農業生產和高質量的空氣循環。

 

組織結構

•   圣誕老人與精靈們決定將自己的余生都投身到善良的事業中去。于是他們起草了如下的組織法案:

 

    因為,偉大的北極精靈們是慷慨且聰明的;并且對每個人來說,投身于善良的事業是一件振奮人心的事。

      因此,我們,偉大的北極精靈們,將從今天開始,在每年的圣誕前夜將禮物送到全球每個乖孩子身邊。

 

圣誕老人的科技進步

•   圣誕老人和精靈們至少花了500年不間斷的時間來推進自身的社會及科技進步。

•   他們對物理及工程技術的了解早已遠遠地超越了我們。

•   為了在一夜間將禮物全部送達,在認識到時間可以像橡膠帶那樣拉伸、空間可以想橘子那樣壓縮、光線可以彎曲之后,圣誕老人和精靈們肯定會去研究如何創造出更多的”時間”來。(這一切都基于廣義相對論)

•   一般認為在他們第一次控制了時間、空間、光之后。他們創造出了”相對論云團”。

•   與圣誕老人對廣義相對論將近500年的認識比起來,我們對其的認識還不過百年——并且廣義相對論本身還不完整。我們還不能將電磁場與引力聯系起來,也沒能解決涉及到波粒二象性的問題,更不用說還沒驗證可以操控時間的奇點和時空扭曲了。

•   相對論云團是一塊可操縱其中時間與空間的領域。在云團中的觀察者所看到的時間、空間、光與在其外的觀察者不同。

•   在相對論云團中,圣誕老人有幾個月的時間去輸送禮物。在他眼里,世界是靜止且寂靜的。

•   直到他們回到北極點,并離開相對論云團,對于我們來說只是過去了幾分鐘而已。

•   這些禮物確實是在一眨眼間就送達了。

 

傾聽孩子們的愿望

•   天線是布置在大雪下面的。天線孔徑為24格,數平方英里大小,配以能以毫米級調節的微波接收裝置。這些天線接收著從孩子們的想法中發射的電磁波。

•   這些信號被綜合起來輸送到計算機里,然后根據每個孩子不同的腦波頻率再將這些信號分開來。這個過程是由專門的過濾軟件平臺來完成的。這個平臺采用了FFTs(fast Fourier transforms快速傅立葉變換),自適應性的模式識別算法,在底層應用了人工智能與神經網絡。

•   監聽用天線綜合了以下技術:心電圖監視儀、太空望遠鏡、移動電話。

 

雪橇

雪橇站是一個地下的作為運作控制中心的地方。那里放置著圣誕老人的中央電腦,當然是采用的光科技。雪橇上也有一個類似的移動電腦。

•   與我們的雪橇不同,圣誕老人的雪橇是一個高度自控的交通設備。在出發前,雪橇首先下載好需要的信息,再啟動相對論云團,最后激活發射程序。

•   雪橇的儀表盤是全息的。它顯示著航行信息、納米玩具制造機、孩子們的玩具名單、規劃好的導航地圖,并且不可手控。這個雪橇還有兩個酒杯托架(為蛋酒準備的)。

•   馴鹿們配備了火箭噴射裝置來產生推動力。

•   馴鹿都是經過特訓的,所以它們能在屋頂上站得很穩。而且它們應該是經過基因工程改造過,以適應在夜晚看清楚東西。但我們認為之所以圣誕老人會選擇馴鹿,更大程度上因為它是他在北極圈中的最愛!

 

進入房間

•   相對論云團不僅僅只能用作交通,它還能將圣誕老人傳送進孩子們的房間。

•   雪橇只需改變一下相對論云團的一些參數,就能讓圣誕老人從物質的最小縫隙穿梭過去。

•   考慮到時間因素,圣誕老人可能會選擇將禮物直接傳送進房間里,而不是將自己傳送進去。

 

禮物

•   禮物們都是在圣誕樹下通過納米玩具制造器現場生產出來的。

•   納米玩具制造器擁有一個儲存在雪橇上的玩具信息數據庫。數據庫里儲存有制作玩具的步驟。由雪橇遙控制造器進行操作。

•   納米玩具制造器的應用避免了去搬運成千上萬的玩具(減輕雪橇的有效負載)。同時也簡化且自動化了精靈們的玩具制造過程。

•   納米玩具制造器將制作玩具的原材料放到圣誕樹下面,然后加入一種催化劑來啟動結晶反應。這個過程有點類似于無機物(如礦石)或雪的結晶過程,同時也和DNA操縱各有機物組成人體器官差不多。

•   這種制造玩具的指令算法有可能起源于對DNA組織材料構成器官這個過程的模仿。

一些數字

•   全球有1億9100萬兒童生活在工業化國家(數據來源:聯合國兒童基金會).

•   平均每個家庭2.67個孩子。所以一共有7500萬個家庭等待圣誕老人去訪問。

•   地球的半徑R為3986英里,根據球面面積公式4pR2可算出地球表面積為2億平方英里。

•   每個家庭間的平均距離為2億除以7500萬再開上一個根號,最后的結果是1.63英里。

•   所以總共的行程將是7500萬乘以1.63等于1億2200萬英里。

•   在不考慮相對論的情況下的上限解:假設一輛雪橇在24小時內投送完禮物,那么它的平均速度將是122×106/24=5, 083, 000英里每小時。而光的速度為669,600,000英里每小時。669,600/5,083等于130,所以光速遠遠大于雪橇速度。因此應該有足夠的時間來完成任務!!

•   更現實一點來考慮這個問題:假設圣誕老人在6個”圣誕”月內完成該任務。那么平均速度將是5,083,000/182.5 = 27,852英里每小時。

•   換句話說,假設圣誕老人擁有一支750輛雪橇的艦隊。那么就可以將平均速度降到84英里每小時這個水平——這樣對于裝備有火箭噴射器的馴鹿來說,應該可以輕易完成了。

總結

•   人為因素: 發展環境是建立在一個思想與技術快速進步的社會上的。

•   物理學: 圣誕老人對相對論的認識已經達到了可以操縱空間及時間的地步。相對論云團被創造出來。

•   工程學: 天線被用來接收孩子孩子們的想法;圣誕老人利用一種高級的配備火箭噴射器的雪橇來在6個”圣誕”月(在我們眼里只是一瞬間)里投遞禮物;數據是通過光電腦來處理的;玩具們都是通過類似DNA生產器官的過程來制造的。

•   最后說兩句: 一種解釋為何圣誕老人能在一夜之間將禮物送達世界各地的理論已經放在這里了。更多的理論應該被發掘出來,因為終將有一個理論會得以實現。                                                                                                                                          

放在文章開頭的說在前面的話可以在課堂上向你的學生們提出來。當你讓他們去想象時,你將會很有很驚喜的收獲

2011-02-22 20:05

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