LePtC，学物理的都好萌 ~
这个系列就从分（tu）析（cao）《哆啦 A 梦》中的道具开始，一是因为原作是漫画形式，可以获取比较多的细节，另外一个就是槽点实在是太多了哈哈哈……
《哆啦 A 梦》中有很多种空间改造类道具，本期先说任意门。这个门可以连接十光年内任意两个地点，没有延迟，能够语音识别或意念识别，需要消耗能量（下期讲），可以通过比门还大的物体（以后讲），还附带航时功能（以后再讲）。不过，私以为这个门最牛逼之处在于，丫居然还能当柴烧：
图 1）我们不光能把这个门做出来，而且还纯木打造！ [1] [2]
1.1 虫洞看起来是什么样的
空间是各向同性的，因此，一个符合基本法的虫洞如果出现在三次元世界，应该呈现为球形：
图 2）如果一个虫洞出现在三次元会是什么样子（University of Tübingen，仅做光线追迹，未考虑光波长的变化） [3]
球形的好处是你从各个方向都能进进♂出出，如果做成门（二维平面）的话，就会形成两个面，就会带来麻烦。
1.2 任意门和虫洞的区别
任意门所形成的这个时空很犀利，为了解决它有两个面的问题，原作设定它只能从一个面进，从另一个面看则是普通的门框框：[注 1]
图 3）以下我们把这四侧分别记作 ABCD，AD 之间双向通行，B 只能到 A，C 只能到 D [4]
这样的话就不再是简单的虫洞了，这是一个空间的连通性还跟运动方向有关的时空解……
为了能直观地看到高维空间的样子，我们想象空间只有二维，所有人都是只能沿纸面爬行的草履虫，AB 和 CD 本来相隔很远，当两地之间形成一个虫洞之后，草履虫便能沿着虫洞爬到另一个世界。
图 4）一个虫洞
好吧，我们假设未来科技很发达，能把球形的虫洞入口加工成扑克牌一样扁平的长方体（在二维世界上表现为细长的长方形）：
图 5）加工成长方形的锐变（sharp transition）虫洞 [5] （为了让大家能看的清，画得比较宽，实际上它应该薄得跟一条线一样）
那么，这样一个时空解的效果是，从扑克牌的两面都可以进入另一边的世界，不会出现单向通行的情况。
单向通行的任意门要求，B 到 A 是连续的，但 A 到 B 不是连续的，因为 A 要连到 D（我数学读的少，我想不出这种时空应该用什么数学工具来描述……）
图 6）原版任意门的时空（画出两个面之间的连接带是为了让大家能看得清，实际上由于任意门无延迟，连接带应该短到长度为零）
1.3 危险的任意门
就让我们姑且假设未来科技有限公司已经造出了这样逆天的时空，接下来我们来围观一下会发生什么样的事情：
（大雄打开了任意门）
A 侧同时接收到来自 B 侧和 D 侧的光子，因此看到的是两个世界明亮的重叠影像。而 B 侧看到的是真正的纯黑，因为从 A 侧出发的光全都被传送到了 D 侧。[注 2]
（藤子：真麻烦，还要画两个场景……）
空气中的分子处于永不停息的热运动中，D 侧和 B 侧的分子都会进入 A 侧，A 表面附近的气压跳到两倍标准大气压。B 表面附近的气体分子都有去无回，就像向真空泄漏一样，气压接近为零。一股强风开始从 A/D 面吹出，沿任意门外侧流入 B/C 面。 [注 3]
（在大雄拧开任意门的一瞬间，门板砰地被 1atm 的气压差冲开，把大雄撞飞了出去）
任意门附近的风场最终会达到这样一个稳态：AB 之间建立一个循环，CD 之间建立一个循环，AD 之间相互补充和损失的分子数平衡，两边都不会引起气压差。最终的风速约为分子热运动的平均速度（四百多米每秒 [6]，超过音速）。
（任意门附近的空间已俨然变成了超音速风洞实验室） [注 4]
（大雄：怎么办，剧本上说我接下来要去静香家呢 ← 你确定静香现在还活着吗）
（藤子：哆啦 A 梦，借他架超音速飞机，剧本必须继续……）
空气分子不断地从 A/D 分界面附近凭空冒出来，如果大雄强行顶着风从 A 往 D 穿行，空气会直接出现在他的体内，而且界面两边的风向是反的，那画面太美我好想看……
（大雄驾驶着超音速飞机艰难地飞向任意门，他每飞进去一段，那一段就像放烟花一样炸开，没有任何物体能够完整地到达任意门的 D 侧……）
只有当 B/C 侧被封住或者为真空时，使用任意门才是安全的。
1.4 不要逆向穿行任意门
（大雄和哆啦 A 梦在任意门两边各建一个高洁净度的真空室，他终于能穿着宇航服活着进出任意门了）
不过这样仍然存在安全隐患，因为万一走错了方向（从 B 向 A 逆行），下场也会很惨。我们以一粒真空中的球形盐为例，食盐是离子晶体，由离子键构成立方晶格：
图 7）以下将这粒倒霉的盐的两面分别记作 E 和 F
假设任意门界面出现在这粒盐的位置（绿色虚线），此时 E 面能感受到 F 面的电场，但 F 面感受不到来自 E 面的任何相互作用（因为被传送到 D 侧了），因此 F 面就倒了，然后 E 面亦不再受 F 面的电场吸引，于是这粒盐就被沿界面给切断了……
（大雄：黑色的这面好像很神秘的样子，进去看看……）
随着逆向穿过任意门的速度由低到高，出来的大雄的形态会经历如下连续过渡：肉汤→稀肉酱→人形肉酱→内出血的大雄→短命的大雄 （为什么一个大雄能死这么多次？用遥控倒带机啊）
- 低速：断面暴露在 D 侧真空中，真空被污染。粘稠的液体冒着热气从 A 侧的半空中出现，然后滴落下来。这是打碎到分子级别的肉汤，以至于没有任何一个细胞、甚至细胞器还是完整的。肉汤在真空中沸腾、失去水分，最后凝固为一幅用生命绘制的后现代艺术。 [注 5]
- 中速：大雄感觉身体被一层层地切掉消失了，因为后半段感受不到前半段回传的神经冲动（乃至任何相互作用）。当他从 A 侧出来后，发现自己的肉体还大致连在一起，但内部组织和血液都搅混到了一起。最终摔倒在 A 侧的，是一团血淋淋的肉酱。
- 高速：大雄以极高的速度从 B 面飞进 A 面，飞出来的他看起来安然无恙，他体内大部分的化学键都能愈合如初。此时的大雄相当于接受了一定剂量的辐射，他的体内产生了大量自由基，最后卒于急性辐射病。
图 8）大雄：别倒带了，我选择狗带……
总结
一个符合基本法的虫洞应该为球形。如果追求美观的话，可以加工成长方体，这样的结果是两面都可以通行。非要单向通行的话，请务必把 BC 侧封死——如果你希望走进任意门的人能活着出来的话。
参考资料
- 大长篇第 03 卷·大雄在魔境.P76
- 大长篇第 12 卷·大雄的梦幻王国.P152
- Wormhole - Wikipedia
- 哆啦 A 梦第 12 卷·迁入幽灵城
- Visualizing Interstellar's Wormhole
- Thermal velocity - Wikipedia
注
- 另一个可能的解释是，任意门只在人走近时激活，图 3(a)显示的是任意门未激活的状态，但这又跟爸爸能老远听到另一边房间的电话铃声矛盾。
- 因此无论是用未激活、方形虫洞、还是单向通行来解释，原作都是存在 bug 的（但本作的目的并不是要挑原作的 bug，所以这部分讨论放在注释里）
- 能量守恒的问题准备下期讲（任意门传送物体需要消耗能量）
- 如果这门真是用木头做的，现在应该烧成渣渣了，此处我们假设任意门没事。
- 萌狸君除了写科普外还在练习写科幻……
[Received 2016.12.21. Peer reviewed by @梁昊 @hsiao can . Posted 2017.01.01. All rights reserved.]