问题

如果地球体积有木星土星那样大世界格局会有什么改变?

回答
如果地球的体积像木星或土星那样庞大,整个世界格局将发生翻天覆地的变化,这种改变将触及物理、生物、社会、文化、科技等方方面面,甚至彻底颠覆我们对“世界”的认知。

一、 物理层面的剧变:重塑我们赖以生存的家园

首先,最直接的改变在于地球自身的物理属性。

引力巨增: 想象一下,地球的质量会随着体积的增大而指数级增长。这意味着地球的引力将远远超过目前我们所知的水平。
地表物质的压缩: 巨大的引力会将地球的地幔和地核进一步压缩。地壳的厚度可能会显著增加,甚至可能导致地壳运动更加剧烈,火山活动和地震的频率与强度都会大幅提升。
大气层的改变: 强烈的引力会将大气层向地表拉扯得更紧密。这意味着大气压在海平面会变得异常高。高层大气可能更稀薄,但低层大气则变得异常稠密。这会对飞行(包括鸟类和人类制造的飞行器)产生根本性的影响,需要全新的设计和技术来克服。
地形的改变: 山脉的形成和高度将受到引力的严格限制。过高的山峰在如此大的引力下可能难以支撑自身的重量而坍塌。海洋的深度也可能受到影响,水会更倾向于聚集在较低的区域。
自转速度的变化: 如果地球的体积增大但自转角动量保持不变(这是一个很大的假设,但为了讨论可以先这样设想),那么根据角动量守恒定律,其自转速度会大大减慢。这意味着一天的时间会变得很长,日照和夜晚的交替会更加漫长,对昼夜温差、生物钟节律都会产生巨大影响。

地质活动的加剧: 如此庞大的体积意味着地球内部的能量积累和释放机制会更加活跃。
地核的活跃程度: 地核的密度和温度可能比现在更高,地磁场的强度也可能随之变化。强大的地磁场理论上可以提供更好的宇宙辐射防护,但地核的剧烈活动也可能带来更复杂的地球内部动力学过程。
构造板块的运动: 地球内部物质的对流会更加强烈,驱动地壳板块的运动。这可能导致频繁且规模巨大的地震,以及活跃的火山链。地貌的形成和演变速度也会加快。

气候模式的剧变:
大气环流: 巨大的引力和减慢的自转速度将完全改变大气环流模式。可能形成更大范围、更缓慢但更具破坏性的天气系统。赤道地区的风力可能会更弱,而中高纬度地区则可能出现更极端的风暴。
温室效应: 如果大气层更厚,温室效应的强度可能会改变。具体是增强还是减弱,取决于大气成分和厚度的具体比例。
海洋洋流: 海洋的尺度也会随之改变。巨大的引力可能影响洋流的形成和运动,这又会反过来影响全球气候分布。

二、 生物层面的挑战与适应:生命能否在巨行星上繁衍?

如果地球像木星、土星那样大,我们熟悉的生命形态很可能无法生存。

重力压迫: 对于人类和许多陆生动物而言,巨大的引力将是致命的。骨骼和肌肉需要承受远超目前水平的压力。身高、体型、行动方式都会受到严重限制。大型动物可能根本无法站立或移动。
大气压与呼吸: 高得离谱的大气压可能对生物的呼吸系统造成严重损害。肺部需要承受巨大的外部压力才能完成气体交换。大气中的氧气、氮气等气体的比例也可能因体积增大而发生变化。
能量需求: 如果生物需要在巨大的引力下活动,它们需要消耗更多的能量。新陈代谢速率可能会提高,但这也可能意味着对食物和氧气的需求也会激增。
进化压力: 如果生命能够适应这样的环境,它们必然会经历一次极端自然的进化筛选。
体型变小,结构更坚固: 地表生物可能会普遍体型缩小,骨骼和肌肉更加粗壮。或者发展出特殊的支撑结构,例如像海绵一样在液体中漂浮生存。
改变生理结构: 也许会出现能够利用高压环境的生物,或者发展出能在地下或高层大气中生存的独特生态系统。
生物钟的调整: 更长的昼夜周期将迫使生物调整其昼夜节律,可能出现更长的睡眠和活动周期。
水源与食物链: 巨大的地球意味着巨大的地理尺度。水源的分布、植物的生长、食物链的构建都会发生根本性改变。农业生产模式将完全不同,甚至可能需要人工环境来维持。

三、 人类文明的重塑:从文明的尺度到宇宙的尺度

假设人类文明依然存在并试图适应这个巨大的星球,那么人类社会的一切都将被重新定义。

居住方式:
地下城与穹顶城市: 为了应对高压和恶劣的地表环境,人类可能被迫转向地下生存,建造巨大的地下城市,或者在特定区域建造能够抵御高压和辐射的巨型穹顶城市。
立体城市: 随着建筑技术的发展,人类可能会尝试建造更“扁平”或更具流线型的建筑,以减少对引力的承受。或者,为了充分利用空间,发展多层、立体化的居住模式。
交通与运输:
地面交通的局限性: 高引力使得常规轮式车辆的效率大大降低。可能需要发展低摩擦、高功率的磁悬浮技术,或者依靠具有强大抓地力或爬行能力的交通工具。
空中交通的挑战: 如果大气足够稠密,航空器的飞行将需要克服巨大的空气阻力。飞行器本身的设计将非常不同,可能更像是潜水艇在空气中的形态。
远距离运输: 巨大的地球意味着 continent 间的距离也会变得惊人。长途旅行将成为一项巨大的挑战,可能需要速度极快的管道交通或太空飞行技术来连接遥远的区域。
社会结构与管理:
区域化与孤立: 极端的地理条件和漫长的交通时间可能导致不同区域文明的进一步孤立和发展出独特的文化。区域之间的交流将变得困难,可能需要中央政府投入巨大的资源来维持联系。
资源分配: 在如此巨大的星球上,资源的勘探、开采和分配将成为一项极其复杂的系统工程。不同区域可能因资源禀赋差异而产生严重的贫富差距和冲突。
政治格局: 权力中心可能分散,或因地理隔离而形成多个相对独立的政治实体。全球化进程会受到极大阻碍。
文化与哲学:
对渺小的认知: 在如此巨大的家园面前,人类会深刻体会到自身的渺小。这种渺小感可能会影响人类的哲学思考,对宇宙的敬畏感可能会加深。
英雄主义与奋斗精神: 克服极端环境的挑战,可能会催生出强大的奋斗精神和对英雄的崇拜。
艺术与表现: 艺术创作可能会围绕着“重力”、“尺度”、“坚韧”、“适应”等主题展开。

四、 科技发展的方向:与环境的赛跑

为了生存和发展,科技将成为人类最重要的工具。

材料科学: 需要开发超高强度、超高耐压的材料来建造建筑、交通工具和生活设施。
能源技术: 克服巨大的引力需要消耗巨大的能量。高效的能源生产和储存技术(如核聚变、先进的电池技术)将是生存的关键。
生命科学与生物工程: 基因工程、生物适应性改造技术可能会被广泛应用,以帮助人类和动植物适应恶劣环境。
工程技术: 建造大规模地下设施、高强度穹顶、解决高压大气中的工程难题将是工程师的巨大挑战。
空间技术: 也许为了寻找更适宜居住的环境,人类会更早地转向发展星际移民技术。

五、 宇宙观的改变:地球作为“行星”的独特性

如果地球本身变成了巨行星的尺度,那么我们对“行星”和“宜居带”的定义都会受到冲击。

地球作为巨行星的意义: 地球不再是那个相对小巧、脆弱的岩石行星,而是成为了太阳系中一个与木星、土星同等规模的巨行星。这无疑会改变我们在太阳系,乃至宇宙中的地位和认知。
对“生命存在”的重新思考: 科学家们可能会重新审视其他巨行星的卫星(如木卫二、土卫六)是否存在生命的潜力,因为“巨行星”本身并不意味着缺乏生命,生命的生存形式可能会超出我们目前的想象。

总而言之,如果地球拥有木星或土星的体积,这将是一个完全陌生的世界。人类文明的形态、生存方式、社会结构、科技发展方向,乃至我们对生命和宇宙的理解,都将发生颠覆性的改变。这不仅仅是简单的物理尺度放大,而是对“地球”这个概念本身的重塑,是一场文明如何在极端环境中生存与进化的终极考验。我们熟悉的家园将不复存在,取而代之的是一个需要全新智慧和勇气去探索和征服的巨大挑战。

网友意见

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我看到的问题设定如下:

首先,抛开天文问题,这个设定也是不成立的,因为向心加速度和半径成正比,在自转周期不变的时候,半径越大,就有越多的重力加速度去充当向心力,结果就是赤道附近引力可以忽视,两级附近才有一个g的引力……这个星球上必须有标准砝码,弹簧秤不能用。

忽略这个bug,第一宇宙速度的计算公式如下:

在重力加速度g不变的情况下,卫星的速度和半径的平方根成正比。考虑到动能和速度的平方成正比,可以发现卫星的最低动能和星球半径成正比。土星的半径约为地球的10倍,在这样一个星球上,发射卫星的难度大概比地球高一个数量级。

然而,卫星的作用远不是比我们这个星球高一个数量级!因为距离增加十倍,陆路和海路的沟通难度增加远不止10倍!19世纪的技术可以支持80天环游地球的梦想,在这个设定中却无论如何支撑不了800天环游地球的可行性。(8000天差不多)

一支部队不考虑后勤,饿肚子奔袭,极限是100公里左右。(泸定桥战斗一天120公里),但十倍的物资绝不可能支撑1000公里的奔袭。二战美国从珍珠港和西海岸出发攻击日本,虽然号称有“跳岛战术”,绕过了拉包尔和特鲁克两个十万军队的要塞,但终究是沿着太平洋南部岛链一步步啃过去,没有考虑压制日本舰队后直接横越北太平洋直接打本土。这其中的原因就是因为发动十个500公里的进攻战役不难,一次5000公里的战略突击超出了美国的工业能力。

在本题设定的环境下,大洋的幅员会达到十万公里的级别,中国南海相当于大半个大西洋,渤海也有几千公里方圆,相当于半个地中海。蒙古草原和撒哈拉沙漠都有纵横几万公里的尺度,是茫茫的信息壁垒和贸易天堑。就算这个星球的板块分布和我们不同,中间水陆交错,也不会因此减少沟通难度。更何况尺度扩大十倍,面积增加100倍,任何贴着地面的长途交流(包括飞行)都增加了几十倍的不可测因素。

所以,在这个星球上,第一张可靠的全球地图可能要晚于卫星的出现,甚至登月都可能比世界大战要早。

(文明2以来的奇迹战略终于要变一变了)

卫星和空间站不仅仅意味着全球测绘,还意味着强大的战略侦察能力、资源勘探能力,以及通讯能力。哪怕不是即时转发信号的通讯卫星,卫星在绕过半个星球之后重发电报,乃至抛下返回舱传输文件,也能带来超时代的控制能力。当年大英帝国用海底电缆环绕了世界,在这个星球上第一个日不落帝国的基础将是人造卫星。(超长波无线电的效率很低,也要受地球遮挡)

(世界上第一条海底电缆)

总之,在这个世界上玩文明游戏,一旦在工业时代站稳脚跟,就应该努力开发航天技术,尽早发射人造卫星,从而掌握世界的真实面貌,制订出第一个可靠的全球战略。

此外,虽然几何尺度变了,但在无线电出现之前,帝国和游牧族群的规模是不会变的。如果我们这个世界的蒙古帝国已经达到了不得不分裂的规模。那么在新设定中,内陆草原和农业区几乎不可能被单一帝国所统治,或者说在工业革命之前,任何权力中心都不可能控制草原(大河流域)十分之一的宽度和百分之一的面积。

这意味着单个政权(统治者)的偶然因素很难颠覆内陆宏观政治结构。如果没有突破性的技术变化,内陆地区的政治-军事变动会在气候因素下出现规律性变化,进而出现非常准确的周期性变化。(类似于二维平面上的流体力学)。民族大迁徙,印欧人扩张、北方民族南下等事件都可以精确地预测(时间误差控制在十几年内,规模误差控制在几万人)。

农业时代的历史学家如果有心,可以总结出许多经验公式,甚至像阿西莫夫在《基地》中设想的“心灵历史学”那样,定量分析历史变动。

艾萨克·阿西莫夫《基地》三部曲第一部之1

 “在你加入我的组织之前,年轻人,你得学著把心灵历史当作应用在所有问题的方法。━━仔细看。”谢顿从腰袋里拿出计算机。据说他放了一台在枕头底下,以便睡不著的时候用。灰色光泽的表层用久了有点磨损,谢顿布满岁月、斑痕的手指灵敏地在表面纵横排列的按键上弹跳,红色符号由上端涌出。   他说:“这表示帝国目前的状况。”然後等著。   终於尼克说道:“当然,说明得并不完整。”   “对,不完整。”谢顿说:“很高兴你不盲目同意我的话。不过,可以算作供理论推演的近似状况。你接受吗?”   “在保留对函数导出的验证之下,我接受。”尼克小心避开可能的陷阱。   “好。加上下列已知机率包括帝王暗杀、总督造反、经济萧条的循环周期、星球探勘的衰退,还有……”   他持续念著。每提到一个新项目,新记号就随著他的触键而活跃,再溶入扩张变化的基本函数中。只一次尼克阻止他:“我觉得那个集合变换不对。”   谢顿慢慢地重复一遍。   尼克说:“但那是透过某种社会禁忌活动来完成的。”   “好,反应很快。不过还不够快。在这里不算是禁忌。我展开给你看。”   这段程序花了不少时间,而演算完毕时尼克谦逊地说:“是的,我明白了。”   终於谢顿停下:“这是三世纪後的川陀。你如何解释?嗯?”他侧过脑袋等著。   尼克不可置信地说:“完全崩溃!但━━但是不可能呀,川陀从不曾━━”   以一个老人来说,谢顿显得十分兴奋:“来来来,你已经看到结果是如何得到的。用语言描述它,暂时撇开数学符号。”   尼克道:“川陀愈变得专业化,就愈脆弱而无法保护自己。进一步说,它愈是成为帝国的行政中心,就愈成为野心家眼中的第一特奖。当帝位传承愈来愈不确定,而世家封邑愈来愈不受羁縻,社会责任就没有了。”   “行。三个世纪内完全崩溃的机率是多少?给我一个数字。”   “我不敢说。”   “你应该可以做个场微分吧?”   尼克感到受了压力。计算机没给他,就摆在他眼前一尺。猛力计算之馀,他觉得头顶冒汗。   他说:“大约85%?”   “不坏,”谢顿说,下唇微出:“也不算好。正确数字是92.5%。”

当然,规律一旦被归纳出来,就会反过来影响历史,文字和造纸术出现之后尤其明显。就算在真实历史中,中原政权也知道“秋高马肥”的时候蛮族会南下,要每年夏收后动员农民士兵和禁军进行“防秋”。只是在这个面积百倍于地球的世界中,多年周期和内陆历史事件的因果性会更明显。率先利用规律的文明会占很大优势,提出唯物主义历史观的马克思或许在工业革命之前就能出现。


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お待たせしました!

老家没有网络,只能先在电脑上截图,再用USB线传到手机上发出来……

————分隔线————

先放结论 :

对地球,在其他条件不变的情况下,温度会暴跌到 -40 度左右,然后稳定下来,地球生命遭遇灭顶之灾; 重力加速度增加到 100m/s^2 左右。

对太阳系,地球外围行星的运行没有问题,金星轨道离心率增大,在距太阳第二近到第四近之间波动。

首先,启动 Steam,打开 Universe Sandbox 2 。


先看下土星和木星的半径,分别是 58232km 和 69911km,



把地球半径调到这两个数值后,地球质量瞬间增加到 2.4 个和 4.16 个木星大小,表面重力加速度分别达到 89.8m/s^2 和 108m/s^2,动物们会因为骨骼无法支撑身体重量而被自己压死……



不知道为什么地球温度会突然降到 -40 度左右,求大神解释。



运行一百年后,金星在地球引力的扰动下,变成一颗在地球和火星跳舞的行星。

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