只要我们一谈起《回到未来》，就免不了说到德劳瑞恩时光机器。电影里面马蒂回到了20世纪50年代，他急于给未来亲手发明时光机器的布朗博士展现他未来80年代的成果。为此，马蒂给布朗博士放了一则视频。视频里讲到这台时光机器的发动功率为1.21×109W，他们之间的对话如下：
布朗博士：1.21千兆瓦（gigawatts）？1.21千兆瓦?好家伙！
马蒂：什么？千兆瓦是什么东西啊？
对话里面最有趣的是念“千兆瓦”（英文gigawatts）这个英文词时的发音。一般发硬g161，但是他却发成了jiga。
到底何为“千兆瓦”？瓦特是功率的单位。功率是什么？功率可以是下面几个意思里中的一个。功率最常用的含义是指在某一段时间里能量的变化。如果能量是用焦这个单位来衡量的，时间是以秒为单位，功率就是瓦。
因此，1瓦就是每秒1焦。马力也是一个功率单位，1马力等于746瓦。
兆瓦里的“兆”呢？兆通常用于单位前表示106。因此1.21千兆瓦等于1.21×109W。这个数量大吗？很大。我可以给你拿另外一个概念来做下对比，尼米兹级航空母舰里的核反应堆产能为194兆瓦（megawatts）即1.94×108W。
布朗博士说时光机器需要耗能，这话是什么意思？好吧，1.21×109W有多少？于我而言，这就等于问我制作吐司要耗费多少能量。没错，你可以用一个500W的面包机做吐司。然而，如果你用一个250W功率的，你耗费的时间就要增加一倍。也许时光机器有点特别，它需要能量，而且还需要在一段时间内持续的能量。这就是我假设的内容。
如果我需要计算时光机器的能耗量，我就要知道能量（已知量）与时间。也就是说，我需要了解时光穿梭的时间。你说的没错，这看起来有点像无稽之谈。事实上，我的意思是我得弄明白在使用能量的时光旅行过程中德劳瑞恩用了多少时间。
我仔细地研究了《回到未来》中的一些片段，发现有两种时间间隔。一种是把德劳瑞恩加速到88mph，紧接着轰隆轰隆一声，他就来到了过去。假如你根据帧数来计算开始直到结束的时间，结果是4.3s。但等一下，回到未来呢？在这种情况下，他们使用闪电来为汽车充电。根据我基于片段做出的估计，闪电和汽车的相互作用时间为0.46s。我想我得为两种情况分别计算出时光旅行的耗能情况。
有了功率和时间，计算能量就是轻而易举的事情了，只要把功率和时间相乘就可以了。利用上面的时间间隔，我计算出的能量值是5.2×108J或5.56×108J。这个答案是合理的。
但是你要从哪里获得这5×108J的能量呢？布朗博士的第一选择就是使用钚162。尽管他也没给出具体的细节，但是我猜想他用的正是钚-239。钚-239是一种放射性元素，但是我认为在这种情况钚不是以放射性来提供能量的。相反，我认为里面肯定有一种核裂变将原子核分裂为更小的微粒的过程，分裂出来的微粒比原来要小，过程中释放出能量（E=MC2）。我们可以跳过其中的细节，而直接计算这种元素裂变释放出的能量大小。一个裂变的原子能产生200MeV（兆电子伏特）163的能量，相当于3.2×10-11J的能量。
在普通的核反应堆里（很可能使用的不是钚-239），这一能量被用于加热水产生蒸汽开启涡轮机发电。显然，电影里肯定不是靠这种方式来获取电能的。我也很肯定这个过程的效率并不高，只有50%。
为了得到5×108J的能量（最低限度），我要用到3.1×1019个原子。因为一个钚-239原子的质量是3.29×10-25单位，燃料质量要1.2×10-5单位，这样才有可能获得那么多的能量。
闪电呢？你能从闪电里面得到那么多能量吗？根据维基百科，一次闪电的能量是5×109J。足够时光旅行机的使用了。如果你觉得闪电和钚-239的猜想有点枯燥无味，也许AA电池对你的胃口。平均而言，一节干电池产生10000J的储能电量。为了得到5×109J的总能量，一共需要50000节AA电池。当然，要实现功能还有一个条件——要在一瞬间里把所有的电量一次性耗尽才行。如果真的那么做，电流输出会非常高，电池也会变的过热。所以，钚-239的想法更实际一点。
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发表于 2019-1-21 14:22:57