通往月球之路——电磁大炮

人类对于太空的好奇已经有数不清多少年的历史了，然而自从上世纪人类登月达到了巅峰时期之后，人类对于太空的探索似乎陷入了一个囧境。显然我们的太空旅行现况离科幻小说差的太远，我们不仅仅这么多年了连火星都没有登上，甚至月球都已经几十年没有再上去过。甚至航天飞机都已经被叫停。到底是什么事情阻碍了人类通往太空的步伐？答案非常简单：钱。持续10多年的登月计划整个耗资上百亿美元，这种量级的花费，任何一个政府都需要慎之又慎地考虑要不要做。也许，人类的太空之旅，必须经过一个大的变革才能圆梦了。

火箭的缺点：

传统的火箭运输方法有许多固有的缺点。

首先，火箭运输有一个固有的问题，它必须一路上不停地燃烧燃料进行加速，而这就导致一开始的时候其实大部分燃料是去加速燃料去了，真正加速了最后想抛出去的卫星的燃料比例很低。因此导致每次发射卫星都会消耗大量的燃料，而它的价钱是昂贵的。其次，火箭发射的安全性并不高。虽然我们一直在努力地控制安全，可是火箭发射总是有那么1%量级的事故率降不下来。再次，火箭运输每次运输的质量只能很小，若要运输大质量物资到太空，这个途径并不是个好的选择。

通往太空的必经之路 月球：

人类若是想要探索太空，那么在月球上建立基地将是一个必经之路。为什么呢？显然，从地面上直接往外太空发射卫星是一个很糟糕的选择，原因有二：1.地球的重力非常大；2.地球的大气层较密，有着很大的空气阻力。如果是在地球卫星轨道上建立空间站并且作为基地，也不是最佳选择，它有至少两个缺点：1.外太空没有保护，精密仪器很容易受到太空辐射或者太空垃圾的撞击而毁坏；2.卫星轨道上并没有任何建筑材料，所有建设基地的物资必须靠地球来运输。

月球则是一个非常良好的太空基地选址，它的优点非常多，可以说是正好是弥补了前面提到所有缺点：1.月球的重力只有地球的1/6，便于向外发射卫星；2.月球几乎没有大气层，空气阻力比地球小得多；3.如果在月球表面挖一个洞并且在里面建立基地，则月球的地面就是一个极其良好的防辐射、防撞击的保护层，不必担心仪器损坏；4.月球上也有丰富的资源，建立基地所需的资源可以就地挖掘。

因此，为了将来探索太空，我们必须先踏上月球，在月球上建立基地。可是，现在的关键问题是，如何向月球发射大量的物资，同时其经济代价又不像现有火箭运输方式那么高。注意，为了使得建立基地变得可行，第一步是运输大量物资，暂时先不考虑运输人类（人类将来可能仍要通过火箭的方式运送），因此可以让运输过程的加速度很大而不必担心里面东西被压坏。

我们的方案 电磁加速：

人走路时为什么要甩手——角动量守恒

大家也许小时候都有过一个疑问：人们走路的时候为什么要甩手呢？为什么如果走顺拐了会感觉特别别扭呢？一个很常见的解释是，为了保持身体平衡..这种解释了和没解释没什么区别的答案是永远正确的，但问题是具体甩手是怎么保持身体平衡的？

为了讲清楚这个现象，需要先引入一个叫角动量的概念。（本文中所研究的现象只涉及绕轴的旋转，因此在这里就引入一个角动量的简化版本的定义好了。）对于一个质量为m质点：先随便找一条直线作为参考轴，设被研究的质点到这条轴的距离为r，如果质点垂直于r方向的速度为v，那么这个质点（相对于参考轴）的角动量则为L=rmv。如果被研究的物体不是质点，例如是一只人类，那么她整个的角动量是她身上所有质点的角动量之和。

定义了角动量之后，可以通过简单的推导立刻推出一个非常牛逼的性质，角动量定理：物体的角动量变化率等于它所受的外力矩。（大家应该记得力矩是什么吧..就是r乘以垂直于r方向的力。）于是乎，倘若系统没有外力矩作用，那么角动量就华丽丽的守恒了：此即为传说中的角动量守恒！这种情况是十分多见的：例如一个旋转着的陀螺，为什么它不会很容易倒下呢？原因就在于角动量守恒：就选取陀螺的转轴为参考轴，那它就是不受外力矩的，因此它的角动量守恒，因此在理想情况下它将一直转下去。大家还记得动量p可以写成p=mv吧，于是角动量L就等于r×p。因此角动量守恒就可以被称之为rp守恒~！（这只是非官方叫法，莫当真。。。）

角动量守恒与能量守恒、动量守恒这三个守恒定律，是这个宇宙中最基本最牢不可破的三条定律，它们都是我们宇宙基本时空性质的反应。根据理论力学中的一个深刻的定理——诺特尔定理：能量守恒等价于时间平移对称性，即物理定律并不随着时间的流逝而发生改变；动量守恒等价于空间平移对称性，即物理定律并不随着空间地点的改变而改变；角动量守恒则等价于空间各向同性，即物理定律并不随着空间朝向的改变而改变。

回到本文一开始的问题上来。…