如果有人跳進(jìn)一個筆直的貫穿地心的隧道,那會如何?
如果有人跳進(jìn)一個筆直的貫穿地心連接南北兩極的隧道,將會發(fā)生什么?這可真是一個有趣的問題。
當(dāng)然可能比較無趣的回答是,你不可能用任何想象得到的工具挖出那么個洞來。而且即便你真挖通了,這個洞也會因?yàn)榈厍蛑亓Φ脑蚨欢幢谥車臒o數(shù)物質(zhì)擠壓、坍塌、最終永遠(yuǎn)閉合。
但我們不妨做個有趣的假設(shè),假設(shè)你真的成功地挖出了那么條隧道,筆直的從地球北極穿過地心通往南極,然后你居然真就跳進(jìn)去了。
我們感興趣的是:接下來會發(fā)生什么呢?
好吧,毋庸置疑,你一定會下落一段路。但因?yàn)樗淼纼?nèi)充斥著空氣,大約在下落幾百英尺之后,你就達(dá)到了你的最大下落速度,而且這個速度,說實(shí)話有點(diǎn)令人沮喪,因?yàn)檫@預(yù)示著你可能得下落很長一段時(shí)間,才能到達(dá)這次旅程的終點(diǎn)。哦,當(dāng)然,地質(zhì)學(xué)家可能會有點(diǎn)嫉妒你將會看到的“風(fēng)景”。
如果忽略掉一些相當(dāng)重要的因素,估計(jì)你可能需要33小時(shí)才能落到地心。不過這不重要,因?yàn)槠渲幸粋€被我忽略的關(guān)鍵因素就是除了最開始的幾百英尺,當(dāng)你越來越接近地心的時(shí)候,你的下落速度會越來越慢。你將持續(xù)的減速,以至于當(dāng)你經(jīng)過地心的時(shí)候,你的速度已經(jīng)降到非常之低,幾乎難以動彈了。然后,你將最終停止,并且開始向相反方向運(yùn)動,再次經(jīng)過地心,然后再度停止并調(diào)轉(zhuǎn)方向,直到最終停在地心為止。你可得抓緊時(shí)間好好休息,因?yàn)槟阕罱K還得自己再爬6000公里回家呢??紤]到地心是由數(shù)千度高溫熔融狀態(tài)的鐵和鎳構(gòu)成的,因此你可能等不及爬回家就已經(jīng)GG咯。
那么為什么你的速度會如此變化呢?其中一個重要原因就是空氣阻力。當(dāng)重力把你加速拉向地心的時(shí)候,空氣阻力卻在阻止你的加速。兩種力相互交鋒的結(jié)果就是你最終達(dá)到一個終端速度,大約每小時(shí)200公里左右。
另外一個重要原因,就是當(dāng)你跳入隧道口的一瞬間,你的重力加速度是由你腳下的整個地球的質(zhì)量產(chǎn)生的。但當(dāng)你逐漸下落,在你腳下的質(zhì)量越來越少,而在你頭上的質(zhì)量卻越來越多。這兩部分質(zhì)量產(chǎn)生的引力最終對你形成方向相反的兩個分力,而他們將一直較量,直到你到達(dá)地心時(shí)他們最終相等。
另外的另外,在你落向地心的整個過程中,你受到的指向地心的合力將越來越小,但是空氣阻力卻始終存在。當(dāng)該合力只有地表標(biāo)準(zhǔn)重力的1%時(shí),相對應(yīng)的終端速度基本上就是蝸牛爬了。幾乎不用多少計(jì)算,我猜想你得花上幾乎33天才能到達(dá)地心,而不是僅僅33個小時(shí)。
另外的另外的另外,隧道中的空氣在越接近地心的地方越是稠密,因此空氣阻力也將在同樣的速度下變得更大,所以你的速度將會像是只瘸腿蝸牛在爬(如果蝸牛有腿的話)。而這時(shí)候地核將更像一臺高效的對流烤箱,在你達(dá)到這無聊速度之前將你仁慈的融化。
這可一點(diǎn)兒也不有趣了,那么不如讓我們來想象另一種理想情況把。讓我們把隧道內(nèi)的空氣都抽走,然后把隧道整個密封。那么當(dāng)你穿著太空服跳入這條隧道時(shí),再沒有空氣阻力來干擾你的前行,也再沒有所謂的終端速度來限制你,你將持續(xù)加速直到你飛掠至地心。在這個過程中,雖然你受到指向地心的合力依舊如上述般減少直至歸零,但是在歸零之前,你依舊不斷加速,勇往直前。如果地球沒意見的話,800秒之后,你將以30,000公里的時(shí)速飛掠地心,速度直追宇宙飛船,這可比現(xiàn)實(shí)情況爽太多了。
但是地球終究還是會很有意見的,如同頭上地球與腳下地球的引力較量一般,實(shí)際上你將會用上更多的時(shí)間,而且也永遠(yuǎn)達(dá)不到那么快的速度。我不會算微積分,也沒有數(shù)學(xué)家的餐巾紙,因此也沒法給出一個更好的估計(jì)到底實(shí)際到達(dá)地心所需的時(shí)間與屆時(shí)的速度。(不妨讓我們先把時(shí)間加倍,把速度減半?)我想說,可能不準(zhǔn)確,那將是1600秒和15,000公里/小時(shí)。順便說一句,您可千萬別把這些數(shù)字當(dāng)真,它們真的不準(zhǔn)確。
這種理想情況確實(shí)精彩很多,因?yàn)椴豢紤]空氣阻力,你也就不必蝸牛爬到最終完全停止。你將以瘋狂的高速瀟灑的飛掠過地心,然后逐漸減速,直到你差不多再次到達(dá)地表。
你將會像一顆地球內(nèi)部的人造衛(wèi)星一般,沿著這條隧道不斷地往返。如果你不考慮一堆的細(xì)節(jié),比如潮汐力、旋轉(zhuǎn)、磁力、熱輻射、饑餓和隧道密封性,你可以永遠(yuǎn)這樣飛掠下去。爽不爽?
不過,我也可能在某些地方犯了錯誤。我可從來沒有在現(xiàn)實(shí)世界中這么干過,所以其實(shí)我也不是專家。如果有人有更好的主意,在憨憨我開挖隧道之前,非常愿意洗耳恭聽。
BY: James Card
FY: 李為夷
如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán),請?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除
轉(zhuǎn)載還請取得授權(quán),并注意保持完整性和注明出處