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最疯狂问题的科学答案是什么?

来源:百度知道日报-《大科技》杂志 2017-08-07     

  天才与疯子往往只差一步。伟大的发明就是诞生于疯狂的想法,许多科学家就是一个疯狂的怪咖。现在,就让我们看看一些最疯狂问题的科学答案

  

  如果你掉进火山里

  世界上最不可能发生的事情之一是一个倒霉鬼跑到火山周边玩耍,随后运气差到极点,摔了个跟头掉进去了。不过,现在有一个非常疯狂的自杀者,他偏偏要尝试这种离奇的自杀方式,纵身跳进了火山熔岩内。那么,等待他的会是什么呢?

  由于火山内部涌动的岩浆温度能达到1200℃~2000℃,不用多想,他肯定像进了一个焚化炉一样被活活烧死,但是我们不妨讨论下他的死亡过程,比如掉进熔岩中时,是会像《魔戒》里咕噜那样沉下去?还是会浮在熔岩表面?

  

  熔岩是熔化的岩石,它跟普通液体非常不一样。首先,它的密度非常高,是水和人体密度的两三倍。更重要的是,它还比水粘稠几千到几百万倍。所以,当一个人掉到这么高密度和大流动阻力的岩浆里,一般情况下,他会浮在岩浆表面,身体迅速起火,直至化为灰烬。

  不过在2002年,德国研究人员曾做了一个实验,将装有剩饭剩菜和其他有机物质的30千克的袋子,扔到埃塞俄比亚尔塔阿雷火山的熔岩湖,用来模拟相同体重的人掉下去会发生什么。结果表明,当袋子从80米高空坠下后,在熔岩湖表面的熔岩壳上撞出了一个洞口,最终燃烧着的袋子径直沉入了熔岩池里。之所以能进入熔岩内部,是由于袋子燃烧起来后,产生的蒸汽触发了熔岩,熔岩从中喷涌而出,使得洞口变大。这就说明掉入熔岩的人也可能会穿透表层的熔岩壳,并淹没在滚烫的熔岩中。

  淹没在滚烫的岩浆中的经历,似乎比浮在岩浆表面更为恐怖。不过,不用太害怕,在接触到岩浆前,你可能已经死亡。因为火山的内部是一个封闭的空间,热量不会散得很快,辐射热会非常高,在你掉落到岩浆中前,你的肺可能因为热空气而碳化,也可能全身已经燃烧起来。即便你穿着隔热服躲过了这层层劫难,也许会因为高速撞击浓稠的岩浆,头骨或脖子断裂而死。

  

  假如地球人都是牛顿

  变得更聪明,是许多人的梦想。现在神经学家弄明白了基因网络决定着一个人的智商高低,理论上来说,编辑基因可以提高人类的智力。那么,如果人类比现在聪明两倍,会怎样?

  现在全人类的智商平均数是100,为简单起见,我们不妨假设人类变聪明两倍,指的是智商平均分数翻了一倍,达到了200分。按照概率计算,智商200以上的人,100亿人中才会有一个,现在世界人口只有约70亿,所以,今天这样的超级天才并不存在。不过,一些科学家认为,17世纪伟大的科学家牛顿,智商可能达到了200分。所以我们不妨以牛顿为原型,如果我们都是牛顿,世界是否会变得比今天更好?

  从个人的角度来看,智商高无疑是非常有利的。最明显的效果是学习能力的显著提高,我们将在几个星期内就能掌握一种新的语言,或者只用几周时间,就可以成为一个脑外科医生。14岁的本科生和18岁的博士生将非常常见,一个16岁的人成为出色的外交家也很有可能。这时,我们每个人都可以在最短的时间内创造比现在人更多的知识和财富,可以凭着自己的兴趣去做自己想做的事情,而不用担心会不会因为自己太笨,没有能力完成。

  聪明的人也会更健康更长寿,因为他们知道行为与一些疾病的关联性关系,比如一些慢性疾病正是因为人们平时脂肪、糖分摄取量过高,高智商人群凭借着更高的认知能力,能避免不健康的生活方式。

  不过,另一方面,虽然人们喜欢将社会问题归咎到人类的无知和愚蠢,但没有笨蛋,社会的福祉可能也不会大幅度提高。一个原因是智商与人格、情商并不相同,即便每个人IQ达到了200,也会像现在社会一样,每个人拥有各种各样的人格。当精神病态和暴力犯罪者这些疯狂的人拥有高智商时,无疑是非常危险的。

  另一方面,虽然像斗殴、抢劫这样的低级犯罪案件数量会下降,但犯罪分子们会比以往更聪明,像银行诈骗、卖有毒药品的白领犯罪案件会增加,并且案件变得更加复杂,而这种类型犯罪造成的财政损失远远大于低级犯罪所造成的。

  不过,虽然这些高智商人群将会令社会管理者很头疼,但警察和政府管理者也会比现在更聪明。而且,70亿个大脑运行能力超凡的牛顿,将会发明更多的新技术,解决目前人类无法解决的问题,我们也许会知道如何有效地将海水淡化,或者找到一个可以无限使用的替代能源。由于这些突破性的技术将可能会创造出更多的财富,产生更多的社会资源,可能会有助于减少社会冲突。

  

  给你一个杠杆,能否撬动地球?

  阿基米德说“给我一个支点,我可以撬起地球。”实际上,地球质量很大,人的质量相对微小,因此如果站在地球上,人是不可能翘起地球的。不过,如果站在宇宙内,还是非常有可能的。

  这句话所蕴含的的实际上是杠杆原理:二重物平衡时,它们离支点的距离与重量成反比。用公式表示就是:动力×动力臂=阻力×阻力臂。现在,我们不妨继续假设,假如你站在太空,持着一根长杆,然后你想凭借着自己的力量,让地球这个行星的位置改变。在什么样的情况下,会如你所愿呢?

  根据杠杆原理,假如支点位于长杆的中心,这时动力臂长度跟阻力臂相等,要想撬动地球,你施加的动力就得跟地球一样重,达到约6X1024千克的力,这无疑是非常困难的。所以,如果你想要最少的力气,就能撬动地球,我们就得将支点移动得离重的物体更近。在生活中,这样的例子很多,比如如果推一个旋转门,你如果伸长了胳膊去推,就会发现更容易推动,手贴着门推反而更费力。

  一个人大概可以施加75千克力到长杆的一端,另一方面,地球能施加6×1024千克的力,动力臂与阻力臂之比是8x1022,因此,为了达到平衡,假设我们的地球离支点有1米远,那么,你就得站在离支点8x1022米远处。

  现在我们知道了撬动地球的杠杆的动力臂与阻力臂的长度,那么,如果我们要让地球移动,又该怎么做?为了得出计算结果,我们将得使用一些相似三角形原理,并适当地做出些假设,比如不会受到亚原子的影响。结果表明,如果要想让地球移动一个微米的距离,站在长杆另一端的人类得使长杆偏离大概7.99x1013千米的距离,以人类的行走速度,这将会花费一个人1000年的时间。

  那么,长杆又得多重呢?经过一系列复杂的计算后,结果表明,当一个长杆长约8x1022米时,它的质量得达到1.24x1024千克,差不多是月球质量的17倍。以这样的质量水平,杠杆可能会被周围的星系吸进去,或者很可能会弯曲。移动长杆,就如同孙悟空在大海里搅动一根“金箍棒”,可能使得它与其他行星或地球碰撞,扰乱恒星里的物质,甚至会创造新的恒星物质。

  此外,还会发生一个更有趣的现象。现在人们预测的中子星的质量密度是每立方米4×1017千克,而当我们撬动地球时,支点的压力会非常大,以至于可能会导致质子和电子的结合,所有的中子挤在一起,又会创造出一个中子星。中子星吸集伴星质量,达到史瓦西半径,或者两颗中子星,在引力能辐射中损失能量而靠近,合并后达到史瓦西半径(任何具有质量的物质都存在的一个临界半径特征值),最终会诱发黑洞的形成。

  所以说,虽然能否撬动地球这一问题很简单,只是需要计算一下各自的重量和动力臂与阻力臂的长短,但是真正实践起来,不仅异常复杂,最终形成黑洞这一结果也可能让我们大吃一惊。

  

  如果每个人都跳起来

  一个人撬动地球太麻烦,都说人多力量大,地球上大约有70亿人,总质量约为3630亿千克,如果地球上所有的人同时跳起来,地球能否被跳出一个坑,或者轨道被改变呢?

  答案可能会让你失望,因为什么都不会发生。这是因为地球是球体,人们的质量可以看作是均匀分布的,如果每个人在各自站的地方同时跳起来,他们所施加的力会相互抵消,导致在地球上的合力为零。

  为了避免出现上述可能会让你失望的情形,我们不妨假设70亿人挤在同一个地方,然后同时间跳起来,这样可以产生更大的振动力量,因为共振现象更容易发生。

  美国路易斯安那州东南大学的物理学家做了一番简单的计算。为了简单起见,他假设每个人平均跳30厘米,我们都是在完全相同的点跳起来。计算表明,这一跳跃会产生一个反冲速度,将地球推动一个很小的距离。也就是说,在一秒钟内,地球将移动大概单个氢原子半径的百分之一的距离,这点距离微不足道,地球几乎是没有任何变化的。不过,如果70亿人能一直持续地跳起来,是否地球会保持这一速度挪动,最终我们可以改变地球轨道呢?

  现在你不妨想象由弹簧连接着的两个质量不同的物体,如果你把两个物体分开,然后松开,弹簧的拉力又会将二者拉回到一起,更小的质量移动得比更大的快,但二者都会移动回原点。地球和人就是这两个质量不同的物体,而重力就相当于弹簧,当我们落下后,地球和我们都会回到原点。

  不过,我们也会闹出一些不小的动静。比如会产生出至少200分贝的声音,足够让每个人的耳膜震碎。同时,还会引发4~8级的地震,以及超过100米高的海啸。除此以外,地球会像之前那样运行,就像什么都没有发生。