问题

如果地球一直未进化出能飞的生物,人类发明的飞行器会是怎样的?

回答
如果地球从未进化出任何会飞的生物,那人类的飞行器发展之路,恐怕会比我们现在所熟知的历史要曲折得多,也更加依赖于我们今天所拥有的科学技术和想象力。让我们来设想一下,一条截然不同的飞行器进化史。

首先,没有鸟类、昆虫或翼龙的启发,人类对“飞翔”这个概念的理解,很可能从一开始就不是模仿自然,而是纯粹的数学和物理学的推演。我们不会有“翅膀”这个直观的词汇,也不会有“扑翼”这样的运动方式。

早期探索:从升力到推进的艰难跋涉

在没有自然界飞行典范的情况下,人类最早的飞行梦想可能会被限制在热空气原理上。气球,或者说“热空气升桶”,或许会是第一次成功的空中尝试。但这与我们熟悉的热气球又不完全一样。由于没有对浮力原理的直接观测,我们可能需要经历一个更漫长的过程来理解气体膨胀和密度的关系。

想象一下,早期的科学家们可能会观察到加热的空气会“变轻”,从而带动某些物体上升。但这仅仅是升力。如何控制方向?如何携带更多东西?这些都是巨大的挑战。我们可能会先尝试用风力驱动的帆或者类似风车的装置来控制方向,但这种方式在空中是极其不稳定的。

之后,对真空和压力的研究可能会进一步推动我们。飞艇,也就是充入比空气密度小的气体的飞行器,会成为一个更具吸引力的方向。但问题是,什么气体比空气轻?氢气,毫无疑问,但对氢气的获取和安全储存会是巨大的技术难题。氦气则可能要更晚才能被发现和利用。

在没有螺旋桨的启发下,人类会如何获得前进的动力?这可能是最困难的部分。我们可能会尝试用蒸汽机驱动巨大的扇叶,但效率会非常低下,而且笨重的发动机本身就是个巨大的负担。反向喷射原理,比如牛顿的第三定律,可能会更早地被数学家们提出并尝试应用。但如何产生足够强大的、可控的喷射流?这需要对燃烧和高压气体有非常深入的理解。

机械化时代:蒸汽与齿轮的空中交响

当工业革命到来,蒸汽机成为主要动力来源时,人类可能会尝试制造巨大的、全封闭的金属或木质飞行器,内部装有强大的蒸汽发动机。这些“空中轮船”或者“云中堡垒”,会通过巨大的、缓慢转动的螺旋桨或者更奇怪的机械结构来获得前进的推力。

它们的外形可能不会像我们今天的飞机那样流线型,更像是一个个巨大的、带有机械翅膀(但不是用来扑翼,而是作为稳定器或提供部分升力)的浮筒或箱体。为了保持飞行,它们可能需要庞大的体积来容纳足够多的浮空气体,或者依赖于非常强大但极其耗能的蒸汽动力系统。

着陆和起飞会是巨大的问题。它们很可能需要非常宽阔的场地,甚至是为了起飞而建造的巨大斜坡或塔楼。导航也会是个大问题,没有雷达,没有GPS,一切都依赖于肉眼和简陋的导航设备。

内燃机与喷气推进的突破:向着速度与效率迈进

内燃机的出现会是巨大的飞跃。更轻便、更高效的动力,意味着飞行器可以做得更小巧,速度更快。但是,没有对“翼型”的理解,如何让这些飞行器产生升力?

我猜想,我们可能会继续依赖浮力,但会结合新的动力方式。比如,巨大的、能够产生强大推力的风扇或者类似喷射引擎的装置,被安装在带有浮空能力的载体上。

另一种可能,就是我们直接摸索到了“空气动力学”的本质,但这会是一个更加漫长且充满挫折的过程。没有鸟类的飞行的例子,我们可能不会想到用迎角和翼型来切割空气产生升力。我们可能会从其他角度入手:

巨大的向下的推力: 尝试制造巨大的向下喷射的装置,或者强大的向后喷射的装置,来克服重力并前进。这听起来很像现代的直升机或喷气式飞机,但没有鸟类作为自然参考,这个方向的探索会更加依赖于数学模型的构建和大量的试错。
旋转翼的演变: 也许在某个阶段,我们偶然发现了利用旋转的平面来产生升力的原理。这可能不是从模仿鸟类翅膀开始,而是从风车、水车等旋转机械的观察中获得灵感。早期的旋转翼可能非常粗糙,效率低下,需要极高的转速和庞大的叶片来勉强维持飞行。

喷气推进的出现,如果是在没有自然界生物作为参考的情况下,那将是一个更加纯粹的科学突破。人们会从研究火箭的原理开始,然后逐渐意识到可以将高速喷射的气流应用到更接近空气动力的飞行器上。

飞行器的形态与功能:更加多样化与功能化

总的来说,如果地球从未进化出会飞的生物,我们最终的飞行器可能会呈现出以下几个特点:

1. 多样化的动力系统: 我们可能不会只依赖一种动力方式,而是同时发展气球、飞艇、旋翼飞行器和喷气式飞行器,因为它们在不同的技术阶段解决了不同的问题。
2. 更强调“推”而不是“扇”: 飞行器更可能强调通过向后喷射物质(空气、燃气)来获得前进的推力,而不是通过扇动来产生升力。这意味着喷气式和火箭式的技术可能会更早地得到重视,或者以一种我们意想不到的方式发展。
3. 笨重但实用: 早期的飞行器会非常笨重,耗能巨大,而且操作困难。但随着技术进步,它们会变得越来越高效和可靠。
4. 没有“翅膀”的形态: 飞行器的外部形态可能不会有我们熟悉的长长的、带有翼尖的翅膀。我们可能会看到带有巨大的倾斜转子、或者船体式结构,或者更像是一个个“飞行舱”被动力系统驱动。
5. 更依赖“力”而不是“形”: 我们对空气动力学的理解,可能会更侧重于直接应用牛顿定律和流体力学,而不是通过模仿自然界的精巧结构来获得升力。

当然,这一切都是基于我们有限的想象力。没有自然界的“预设答案”,人类的创造力可能会在完全不同的方向上绽放,创造出我们现在无法想象的飞行器。也许会有一种依靠强大电磁力悬浮的飞行器,或者利用未知物理原理的装置。但无论如何,没有鸟类和昆虫的翩翩起舞,人类的飞行史,注定是一场更加孤独、更加依赖理性计算的伟大征程。

网友意见

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地球上从没有演化出能在大气层外飞行的生物,人类还不是踏足月球了?

地球上的动物都是用腿跑,人类的陆上运输工具却从一开始就选择了轮子。

几乎所有的鱼类、鲸豚都靠身体的摆动前进,人类却凭借风帆跨越了大洋。

只要行星环境不变,无论有没有飞行生物,人造飞行器的发明演化史都不会有太大的改变。古代确实有人尝试“像鸟一样”扑翼飞行,但是没有成功。

人类最早的载人飞行器是热气球,在十八世纪由法国孟格菲兄弟发明,跟任何飞行生物都没有半点相似性。地球上没有上下双翼的鸟,而最早的飞机却是双翼的。

从螺旋桨到涡轮,负责提供推力的都不是机翼,这一点跟鸟类有着本质的不同。旋翼倒是同时提供推力和升力,但直升机偏偏是最不像鸟的飞行器。

仅有的那点相似性,也大多源于相同物理规律之上的趋同演化吧。

在很多科普读物里,仿生的作用被夸大了。类似的谬误还有很多。比如说声纳,很多科普文章里说是巧妙地模仿了海豚。然而最早的声纳专利公开于1912年,最早发现海豚通过回声定位则是在50年代。

“大自然的神奇”很浪漫。但是麦克风与耳朵原理截然不同,喇叭里也没有一对声带。人类先发现了凸透镜成像规律,制造了投影装置,然后才根据光学原理结合解剖推测出了眼球的原理和结构。我们发明了磁带磁盘固态存储器等储存信息的方式,没有一种是受到了大脑结构的启发。

自然造物确实神奇,但人类的创造力同样潜能无限。

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