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《那些古怪又让人忧心的问题》中子子弹 NEUTRON BULLET

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Q.如果一颗密度与中子星相当的子弹在地球表面从手枪中发射出来(忽略怎么发射这个问题),那么地球会被摧毁吗?

——夏洛特·安斯沃思


A.密度与中子星相当的子弹,重量差不多相当于帝国大厦的重量。

不管你是否是从手枪中射出,这个子弹都会直直地落向地面,击穿地壳,视岩石如湿纸巾。

我们会关注这两个的问题:

· 子弹落下产生的一长条小洞会对地球有什么影响?

· 如果我们把子弹放在地表,会对周围环境产生什么影响?我们能用手触碰它吗?

首先,来看一点背景介绍:

什么是中子星?

中子星是一颗巨大恒星因自身重力坍缩后形成的产物。恒星的存在是一个平衡过程,巨大的引力倾向于使整颗恒星向内坍缩,不过收缩会激发好几种不同的向外推的力。

在太阳中心,抵抗坍缩的力来自于核聚变产生的热量。当一颗恒星耗尽核聚变燃料时,它会收缩(这个过程相当复杂,其中还会夹杂好几次爆炸),直到由于受到量子定律的限制,两个物质不能相互重叠而停了下来。1

如果一颗恒星足够重,它就能克服量子压力进一步坍缩(还会引发又一次更剧烈的爆炸)形成中子星。如果质量再大一些,它就会形成黑洞。2

中子星的密度几乎是你能够找到的密度最大的物体之一(除了密度无限大的黑洞)。这样的星球被自身强大的重力压缩成一份致密的量子力学汤,某种意义上就像是一座山那么大的原子核。

我们的子弹是用中子星上的材料制作的吗?

不是。夏洛特想要的是密度和中子星一样大的子弹,而不是由中子星上的材料制成的子弹。这很好,因为你没法用中子星上的材料制作出一个子弹来。如果你把中子星上的物质拿到其引力势阱范围之外,它会重新膨胀成一团极其炽热的普通物质,释放出的能量大于任何一种核武器。

这大概也是为什么夏洛特只想要一种稳定的、密度和中子星相当的、由神奇材料制成的子弹。

子弹会对地球产生什么影响?

你可以想象它是从一支枪里发射出来的,3但考虑把它从半空中释放的场景会更为有趣。不管怎么样,子弹都会向下加速,撞到地面,然后继续一路陷进地球深处。

这颗子弹不会毁灭地球,但产生的结果相当奇怪。

当子弹刚陷入地面一两米时,它自身的重力会扬起大量尘土,随着子弹越陷越深,尘土形成的涟漪会向四周越来越远的地方扩散。同时,你会感觉到地面在震动,子弹会在地面上留下一个破烂不堪、满是裂纹的大坑,但入口洞已经不见了。

子弹会直直地穿透地壳。地表的震动很快就会消散,不过在地下极深处,随着子弹的下落,它会挤压并气化前方的地幔。子弹周围的物质会被强大的冲击波炸开,尾部留下一长串极其炽热的等离子体。这是宇宙有史以来从未出现过的现象:一颗地下流星。

最终子弹会慢慢停下来,卡在地球中央铁镍核心中的某个地方。子弹传递给地球的能量在人类看来非常庞大,但对于地球来说就是九牛一毛了。子弹的重力只会影响它周围十几米范围内的岩石。虽然它的重量大到足以让它穿过地壳,但还是不够把石头压穿。

子弹留下的孔会闭合,把子弹永远掩埋在任何人都不可能挖得到的地方。4最终地球会被年老的太阳吞没,而这颗子弹最后的安息之所将是太阳的核心之中。

太阳本身的质量并不足以使地球变为中子星。在它吞没地球后,它会经历一系列的膨胀和坍缩,最终一切都安宁下来,只留下一颗小小的白矮星,而那颗子弹还留在中央。在遥远的某一天——当宇宙的年龄变成现在的几千倍时——那颗白矮星会冷却成为黑矮星。

至此我们回答了如果子弹射入地球内部会发生什么。那么如果我们设法让它留在地表呢?

把子弹放在坚实的底座上

首先,我们需要一个强度无限的魔法底座来放置子弹,这个底座底下是一个强度类似的平台,平台的面积大到足以分散这么大的重量,否则整个子弹就会陷到地里去。

城市街区那么大的底座应该就能让整个装置保持在地面以上几天了,也许能撑更久,毕竟和这颗子弹差不多重的帝国大厦也是建造在相似大小的平台上的嘛,而且帝国大厦已经屹立了超过好几天的时间,也没见它陷到地里去呀。

这颗子弹不会把整个大气都吸走,但它肯定会使周围的空气受到一点压缩,空气温度会因此上升一点,不过你几乎不会感受到。

我能摸一摸吗?

让我们想象一下如果你真的打算去摸一下会发生什么。

子弹产生的引力很大,但还没大到那种程度。

设想你站在10米之外。在这个距离下,你能感受到很小的指向底座的拖拽力。你的大脑并没有适应非均匀引力的环境,因而会使你以为自己站在一个缓坡上。

不要穿上轮滑鞋

这个你假想出来的斜坡的倾斜程度随着你离底座距离的减小而增大,在你看来地面就像是向下弯的。

当你走到离底座只有几米时,你就快没法保持身体不向前滑动了。不过如果你能牢牢抓住某个东西,比如一个把手或者一根电线杆的话,你还是能够继续靠近的。

洛斯阿莫斯国家实验室的物理学家们可能会称之为“给龙的尾巴挠痒痒”。

我就是想摸一下!

要想挪到能够触摸到的距离,你需要非常牢固地抓住一些东西。也许你需要全身都用系带拉住,至少你需要戴一个颈托。当你移动到能够摸到的距离时,你的头部受到的引力大小和一个小孩的重量差不多,你体内的血液循环就会被扰乱。不过如果你是个经常接触过载的战斗机驾驶员的话,你有可能可以挺过来。

在这个角度下,你全身的血液都会涌向你的头部,但你仍旧可以呼吸。

当你把手臂伸出去时,引力变得越发强大了。一旦距离小于20厘米,你就没有反悔的余地了,当你的手指跨过20厘米这条线时,你就没有力气再把手臂缩回来了。(如果你经常做单手引体向上的话,你可能可以离得更近一些。)

当你的手指离底座只有几厘米时,作用在手指上的力越来越强,吸引力把你整个人朝前拉——不管你的身体能不能跟上来——之后你的手指能够切实摸到那颗子弹(很有可能把你的手指和手臂扯脱臼)。

当你的指尖触碰到子弹时,作用在手指上的压强如此之大,以至于血液冲破皮肤涌了出来。

在《萤火虫》中,里弗·塔姆说过一句很著名的话:“只要有恰当的吸力系统,人体内的全部血液可以在8.6秒内抽干。”

如果你的手指摸到了子弹表面,那么你就创造了一个恰当的吸力系统。

你的身体还是被束缚带绑着,手臂也还连在身体上——肌肉比你想象的要更强壮——但血液从指间喷涌而出的速度则大大超过平时的速度。里弗关于“8.6秒”内流干血液的说法可能还是低估了实际可能发生的情况。

之后事情就开始变得怪异起来。

涌出的血液包围了整颗子弹,形成一个不断变大的暗红色球体,表面嗡嗡作响不停地振动,形成的波纹振动速度快到肉眼根本看不到。

但是等等

现在有一件事变得越发重要:

你漂在血液中。

随着血液球越变越大,作用在你肩膀上的力在逐渐减弱……因为你浸在血液里的那部分身体受到了浮力!血液的密度比肌肉大,而且你的手臂感受的拉力大部分来自于子弹对你最末两节手指的吸引。当血液的深度达到几厘米深时,你感受到的拉力会小很多。

如果你能等到血液球的深度达到20厘米——如果此时你的肩膀还完好的话——你甚至可以把手臂缩回来。

问题是:所需的血液量是你全身血液量的5倍。

看上去你是不可能活着看到这一刻了。

让我们换个思路。

如何用盐、水和伏特加让你摸到中子子弹

只要你在子弹的周围包围起一圈水,你还是能摸到子弹并活下来的。

请务必在家里尝试,然后把视频发给我。

如果你想耍聪明,你可以把水管的一端插在水里,让子弹的引力帮你完成吸水工作。

要想安全地摸到子弹,不断把水泼到底座上,直到水深超过2米,形成以下的一种形状:

如果这些船沉了,你是没法打捞的。

然后就可以把头和手臂伸进水球啦。

由于水的存在,你应该可以毫无困难地在子弹周围挥舞手臂!子弹确实会把你往里拉,但它同样也在把水往里拉。水(像肌肉一样)即使是在这种压强下也几乎是不可压缩的,所以不会有什么重要的东西被压碎。5

然而即使这样你还是不太能“摸”子弹。当你的手指头离子弹只有几毫米时,强大的引力意味着浮力在发挥关键作用。如果你的手密度比水的略小,那么你就没法用手穿透最后那几毫米。如果你的手的密度比水略大,那就会被直接牢牢吸到子弹表面。

这时候就该用上盐和伏特加了。如果你感觉当你伸手靠近时子弹在拉你的手,这意味着你的手受到的浮力还不够大。倒入一点盐可以让水的密度变大。如果你发现手指头只能沿着子弹表面一层看不见的屏障移动,那么你就需要倒入一些伏特加把水稀释。

如果你能恰到好处地掌握平衡,你就能真切地摸到子弹,并活着向别人讲述这个故事。

也许吧。

另一种方法

上面那种方法听上去还是太过冒险?没问题,这整个计划——子弹、水、盐、伏特加——还能兼职充当指南,告诉你如何调配饮料界有史以来最难制作的鸡尾酒:中子之星。

所以,找一根吸管来开始喝吧。

……同时记住:如果有人朝你的中子星饮料里扔了一颗樱桃,而它沉到了底部,那么不要试图把它再拿出来。它永远都出不来了。

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1.泡利不相容原理限制了电子之间不能过于靠近,这个效应也是为什么笔记本电脑不会穿透你的膝盖掉到地上的主要原因之一。

2.可能有些物体比中子星更重,但还没有重到能够成为黑洞,它们被称为“奇异星”。

3.要一把神奇的金身不破的手枪,可以拿着而不会把你的胳膊扯下来。别担心,掉胳膊什么的后面才会讲到!

4.除非凯普·度隆(《星球大战》中角色)用原力把它挖出来。

5.当你把胳膊从水里拉出来的时候,小心由于血液中的氮气气泡而产生的减压症。