乘坐地心隧道列车是理想还是现实？

在科幻电影《总记忆》中，地心隧道列车似乎是第一次出现在电影屏幕上。事实上，地心隧道列车并不是一个新颖的想法。早在17世纪，英国科学家胡克就写信给牛顿，提出了这个想法。然而，由于知识产权纠纷，两人成了宿敌。他们视对方为敌人，彼此非常羡慕。20世纪60年代，美国科学家保罗·库珀发表了另一篇论文，讨论地心隧道列车作为未来交通工具的可能性。那么，人类能在不久的将来建造一列地心隧道列车吗？实现这一愿景将会遇到哪些技术困难？我们可以从两个角度来考虑。

第一个是几何学。我们都知道，在欧几里得几何中，平面上两点之间的直线最短。但是因为地球是圆的和球形的，而人类只生活在地球的表面上，二维球体，因为二维球体的黎曼曲率不等于零，所以它不是平的，所以两个地方之间的最短距离是一个坏弧，它的中心穿过球体的中心——当然，这个最短距离也可以用微分几何中的测地线方程来求解。事实上，这几乎是日常生活中的常识。例如，当我们飞往美国时，飞机通常朝北极飞行，因为这样的飞行路径只能在穿过球体中心的横截面上，这是所谓“大圆”的测地线性质。另一个例子是中国和阿根廷正好横跨整个地球。不管他们往哪个方向走，他们都必须从中国到阿根廷绕地球转半圈。然而，如果能在地心挖一条隧道，从中国到阿根廷的旅程似乎会短得多。

穿过地球中心的线性轨道在几何意义上是最新的，因为它将最初出现在二维球体上的问题扩展为三维问题，而空间维度的增加所带来的好处可以缩短两点之间的距离。这与时空旅行依赖于虫洞的俗语是一样的。然而，这只是一个几何上的考虑。

第二是从动力学的角度考虑这种穿过地球中心的方式。这与重力场的特征有关。著名物理学家伽利略是第一个研究引力场中*落体运动并得到正确物理解释的人。他是牛顿的前任。他在意大利比萨斜塔做了实验，得到了*落体的真正含义——物体下落的时间与物体的质量无关，而爱因斯坦在1907年得到了隐藏在*落体背后的重要学术思想，即所谓的“等效原理”——惯性质量和引力质量无法区分——这导致爱因斯坦最终得到了广义相对论。

比萨斜塔

万有引力的基本牛顿定律可以从高中开始计算。假设地球上物质的密度是均匀的，那么在地球表面的任意两点之间将会打开一条笔直的地铁隧道，而忽略其他因素的影响。如果运动纯粹是由重力引起的，穿过这个隧道所需的时间是42分12秒，物体将在隧道中来回振动。如果有人跳进这个隧道，他会在重力的作用下一直加速，当到达地球中心时达到最大速度，然后开始减速上升，当他到达地球的另一边时，速度就会降到零。在这个过程中，重力势能的前半部分转化为动能，后半部分又转化为重力势能。整个过程不需要消耗额外的能量。