科幻里的大型宇宙飞船的生态循环稳定性，是否违反熵增原理？第1页

juventusyq 网友的相关建议:

你要这么说，生命形式的出现就是违反了熵增。。。

niu-bi-21-47 网友的相关建议:

不知道题主看过刘慈欣的《乡村教师》没有？

这部小说的大背景是神仙打架，神仙文明A和神仙文明B干了起来，神仙文明A很牛，但是还是非常忌惮B。好在B还很远，要慢慢飞过来。但是飞船所需要的能源不是无源之水，所以B飞过来的方式是通过“蛙跳”的方式，从一个恒星跳到另外一个恒星，恒星需要一定的密度，否则就跳不成了---资源不够。于是神仙文明A就开始制造恒星真空带，而地球就在他们制造真空带的路上。刘慈欣显然是考虑了资源问题的。

科幻作品中的旅行多是星际的“Interstellar”，而非星系际“intergalactic”的。在星际旅行中，我想消耗资源的大头还是“加速”和“减速”吧。星系之间的长途旅行，可能生态的消耗就占了大头。题主所描述的“具有完整生态”的飞船叫做“Generation ship”，顾名思义，这种飞船飞上几个世纪，人类要在里面生老病死的到达目的地之后已经是好几代人之后了。影视作品中这样的设定不多，我还没有见过，可能是影视作品总是要集中在相对短段时间之内，故事总得follow同一个或是同一群主人公。我印象中长途跋涉最多的应该是新《太空堡垒卡拉狄加》，但是资源也经常引发戏剧冲突，“生态问题”也是屡屡酿造危机，远远称不上“第二类永动机”。

大多数的科幻作品面对长距离的太空旅行，技术上多采用冬眠，或者AI+冷冻胚胎等低能耗处理方式，而非构造完整的生态圈 --- 除非旅途中的完整“社会”是戏剧冲突的来源，而如果它们是冲突的来源，那么多半下场没那么好，绝对不会被描绘成完美的永动机。小说《Orphan of the sky》中的Generation ship就是一个例子。其实是设定非常轻的Generation ship，我也从来没有见过作者讲：这个飞船是个封闭系统，但是可以世世代代循环下去。既然没有这样的明示或者暗示，我认为就不能认定作者的设定在刻意打破热力学第二定律 --- 系统只是Decay的比较慢，不能说明它没有Decay。

实际上，Generation ship在热力学第一第二定律之前，就会面对很多麻烦了。就在地球上，冷战背景下，美国和苏联就分别做过封闭生态圈的试验，来论证长距离太空旅行，或是殖民火星的可能性。但是双方的数次尝试都完全失败了，最著名的莫非生态圈2号（Biosphere 2）。如果你正在疑惑的话，没错，生态圈1号就是地球本身。

8位志愿者在于1991年进入Biosphere 2进行预期2年的生存试验。但是试验一开始就不顺利，首先是氧气浓度快速降低。在不得不从外部补充氧气之后，食物成了第二个问题：

食物短缺造成了士气低落，小团体在8人中形成。最后任务不得不提前终止。

谁也不能确切告诉你生态圈2号具体是怎么失败的，我们能总结出的最有说服力的理由就是：我们对地球生态究竟是如何运作的了解还是太少了。

ncc21382 网友的相关建议:

我不觉得恒星际飞行的亚光速世代船里能源是问题，看上面这张NASA官方文献里的示意图。反物质就不考虑，毕竟生产反物质消耗的能量比湮灭产生的能量多无数倍，加上湮灭产生的大量伽玛射线不太好利用。先看核裂变吧，一块和常见易拉罐差不多大小的铀235释放的能量相当于50罐航天飞机用的液氢液氧。而氘-氚聚变的能量密度更是铀235裂变的4.8倍。至于其他聚变燃料，见下图。

我以前概略的计算过，1吨氦3聚变发出的能量大约相当于5000万桶石油！在掌握核聚变后能源的携带根本不是问题，出发时带足核燃料就行，足够撑到目的地。好比是跨越大洋的航班都会确保有足够的燃油抵达彼岸，而不是途中油烧完坠海了。

用化学火箭载人去火星就有一定挑战性，去小行星带已经很难，载人去木星更是不可能的任务，能飞出太阳系星际航行至少也得是裂变了。

散热通过冷却液、热管、热泵等措施把内部废热输送到飞船外部的散热器，通过热辐射的方式向温度-270.45°C的宇宙消散。

还有我认为恒星际飞船也好、太空城市也好、火星殖民地等也好，上面的人造生物圈不能像地球那样完全自然的循环。因为条件差异太大，必须有强有力的人工干预去修正出现的问题、偏差。例如当植物生产的氧气不足可以用化学方法去补偿、水质出问题就人工净化，微生物菌群出问题就用人工手段处理废物合成肥料。通过人工干预保障跟自然生态循环相结合去维持好这生活环境，而不是试着100%模仿地球。还要优化人造环境的设计，例如用生物反应器培养益生菌和微藻处理废物生产氧气、用垂直水栽农业取代传统的农田等，高效的利用有限的能源和空间。理想主义式盲目的照搬、模拟地球，忽视客观条件的差异，这就是生物圈2号失败的根本原因。

注意人类通过观察学习鸟类发明了飞机，然而人类的飞机并不像鸟那样在机翼上贴人造羽毛，然后扑翼飞行。完全照搬鸟类飞行方式的扑翼机只能作为小模型、玩具，无法真正带人翱翔天空。

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