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发布时间:2020-07-27 17:00:25

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作者:(美)兰道尔·门罗

出版社:北京联合出版有限公司

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那些古怪又让人忧心的问题(比尔·盖茨三次推荐,全球爆红5年的趣味科普!)

那些古怪又让人忧心的问题(比尔·盖茨三次推荐,全球爆红5年的趣味科普!)试读:

版权信息书名:那些古怪又让人忧心的问题作者:(美)兰道尔·门罗设计:上官雅弘排版:上官雅弘出版社:北京联合出版有限公司出版时间:2015-05-01ISBN:9787550248083本书由联合天际(北京)文化传媒有限公司授权北京当当科文电子商务有限公司制作与发行。— · 版权所有 侵权必究 · —免责声明

不要在家里尝试书中提到的任何行为。本书作者是一位互联网漫画家而不是健康或安全专家,他喜欢看到东西着火或者爆炸,换言之他并没有把你的首要利益放在自己心中。本书作者和出版商不承担任何由书中内容直接或间接导致的不良后果。简介

这本书里包含了各种各样稀奇古怪的问题的回答。

这些问题都是通过我的网站提交给我的,而在这个网站上——除了充当疯狂科学家的答疑解惑专栏之外——我还会画“xkcd”,一套火柴人风格的网络漫画。不过我并不是画漫画起家的,我的专业是物理,在毕业后去了美国航空航天局(NASA)做机器人方面的工作。后来我离开了NASA开始全职画漫画,但我对科学和数学的热爱却并未因此而消减。最终我找到了一个发挥我的能力的途径:回答互联网上各种稀奇古怪、有时让人有些担忧的问题。这本书中包含了网站上我最喜欢的一些问题,以及许多从未在网站上出现过的问题。从我有印象以来,我就一直在用数学来解决稀奇古怪的问题。在我5岁的时候,我的母亲在一本相册中记录了当时她和我的一段对话。当她知道我在写这本书后,她翻出了这本相册并把它送到我手中。我从这张25年前记录的纸上一字不差地把这些文字摘抄下来贴在这里:

兰道尔:我们家里硬的东西多还是软的东西多?

朱莉:我不知道。

兰道尔:那全世界哪种东西多呢?

朱莉:我不知道。

兰道尔:嗯,每家每户都有三四个枕头,对吧?

朱莉:是的。

兰道尔:然后每家每户都有大约15块磁铁,对吧?

朱莉:我猜是吧。

兰道尔:所有15加上3或者4,不妨加上4吧,就是19,对吧?

朱莉:是的。

兰道尔:所以全世界一共有大约30亿个……软的东西,还有……50亿个硬的……东西。那么,谁赢了?

朱莉:我猜是硬的东西吧。

直至今日我都不知道当时30亿和50亿这两个数字是从哪里冒出来的,很显然那时我并不理解数字是怎么回事儿。后来我的数学水平慢慢地变好起来,但我使用数学知识的目的还是和我5岁那时一样:我想用它来回答问题。有人说世上没有愚蠢的问题。这句话很明显是不对的:比如说我觉得那时我问的关于硬的东西和软的东西的问题就十分愚蠢。但后来我发现想要完整地回答一个愚蠢的问题有时会带来许多十分有趣的东西。我现在还是不知道世界上硬的东西多还是软的东西多,但在回答问题的过程中我已经学到了许多其他的东西。接下来我将向你们呈现这段旅途中我最喜欢的那些部分。兰道尔·门罗全球风暴GLOBAL WINDSTORM如果地球和地上所有的东西都在一瞬间停止转动,但大气层还是保持原来的速度,会怎样?——安德鲁·布朗几乎所有人都会死去。但接下来事情就变得好玩儿了。

在赤道,地球表面相对于地轴的旋转速度约为每秒470米(约每小时1700千米)。如果地球一瞬间停止转动而空气不受影响,那么结果就是突然刮起一阵时速1700千米的大风。

风速在赤道处最大,但所有居住在南北纬42度线之间的人(约占全球85%人口)都将在一瞬间感受到超音速狂风。

尽管在地表最猛烈的狂风只能维持几分钟,与地面之间的阻力会使风速慢慢降下来,不过这短短几分钟就足以把几乎所有的人类建筑都摧毁殆尽了。

我家在波士顿,那里的纬度足够高,恰好在超音速狂风区之外,但那里的大风的威力仍将是最强龙卷风威力的2倍。不管是棚屋还是摩天大楼,所有的建筑都会被连根拔起,夷为平地,大楼的碎片会在天空中飞得到处都是。

在极点附近,大风的威力会减弱一些,但没有一个人类城市能够逃离被彻底摧毁的命运,因为它们都离赤道不够远。挪威斯瓦尔巴特群岛上的朗伊尔城是全世界纬度最高的城市,它也会被威力媲美史上最强热带飓风的狂风摧毁。

如果你打算一直等到风暴结束,那么你的最佳去处可能会是芬兰的赫尔辛基。赫尔辛基地处北纬60度左右,虽不足以避免被狂风荡平地面的结局,但赫尔辛基城市下的基岩里有一套复杂的地下通道,以及一个个地下购物中心、曲棍球场和游泳池等设施。

在狂风中没有一幢建筑是安全的,即使是那些足以抵御这种强风的建筑也会面临巨大的麻烦。正如喜剧演员罗恩·怀特说的那样:“不是风在吹,而是风在吹啥。”打个比方吧,你待在一个材料强度足够抵御时速1700千米大风的巨型地堡里。

这很好,你应该会没事儿……前提是你是唯一拥有地堡的人。不幸的是,你周围很可能还有邻居。如果位于你上风处的那个家伙的地堡没你的那么结实,那么你的地堡就将面临时速1700千米的撞击。1

人类不会灭绝。总的来说,待在地面上的人没几个能活下来的,在空中飞舞的碎片会把任何不具备抗核爆能力的物体全部毁掉。然而待在地面之下的大部分人应该都能活得好好的。如果在这一切发生时你待在深深的地下室里(或是在更安全的地铁隧道里),那么你活下来的几率会非常大。

其他地方也会有幸存者。在阿蒙森-斯科特南极科考站的几十位科学家及员工应该不会受到狂风的影响。但对于他们来说,出事儿了的第一个迹象是外部世界一下子变得静默了。

这诡异的宁静可能让他们一时摸不着头脑,但早晚会有人注意到更加奇怪的事情。空气

随着地表的狂风消失,事情会变得更加奇怪。起初的狂风此时会转化成热浪。一般来说,大风中所携带的动能小到可以忽略不计,但现在我们面对的可不是一般的风。随着之前的狂风突然停止,空气会被加热。

整块大陆上的空气温度会急剧升高,而那些空气最为潮湿的地区将形成全球性的雷暴。

与此同时,横扫海面的大风会搅动表层海水,使之雾化。于是有这么一段时间,海洋将不存在表面一说——无法再区分出哪里是水珠结束的地方,哪里是海面开始的地方。

海水是冰冷的。在薄薄的表层水之下,是温度几乎均匀为4℃的深层水。风暴会将深处冰冷的海水带到表层,由此产生的冰冷的水珠遇上炽热的空气会产生一种前所未见的天气形态——一种夹杂着风、水珠、雾以及温度剧烈变化的混合体。

由于深层的新鲜营养物质随着水流涌到了表层,这种海水的涌升会使表层生物大量繁衍。但与此同时也会导致大量鱼类、蟹类、海龟等生物的死亡,因为深层的海水含氧量太低不足以供它们呼吸。任何需要呼吸空气的生物,比如鲸类和海豚,面对翻涌的海水空气界面都将难以存活。

产生的海浪将会从东到西席卷全球,所有东面迎海的海岸都将直面有史以来最为凶猛的风暴潮。云雾状的海水水珠将会扫荡内陆,让你睁不开眼睛,随后是同样席卷而来的海浪。在一些地方,海浪将冲进数千米深的内陆。

风暴会把巨量尘土和碎屑抛射到大气层中。同时,冰冷的海洋表面将形成一层厚厚的毯状水雾。正常情况下这将导致全球气温急剧下降,事实上也将如此。

至少,在其中一个半球上是这样。

如果地球停止转动,平常的日夜交替将会终止。虽然太阳不会完完全全静止在空中,但以往每天仅有一次的日出日落此时将历时一年。

日夜将各有6个月长,即使是在赤道也是如此。在处于白天的那个半球上,地面将接受阳光不间断的炙烤,而在处于夜里的那个半球,气温会大幅下降。而且在对流的作用下,处于白天的那个半球,被阳2光直接照射的地区将会产生巨大的风暴。

从某种角度来说,此时的地球会与那些潮汐锁定的地外行星类似——这样的行星常见于红矮星宜居带里,但更好的比较对象也许是非常早期的金星。金星由于其特殊的自转速度,每次都会有一个面朝向太阳长达数月之久,像我们现在的地球一样。不过,由于金星表面的稠密大气层环流速度非常快,所以处于白天和黑夜的两个半球之间的温度基本相同。

虽然一天的长度会发生变化,但一个月的长度并不会!因为月亮还是在绕着我们的地球转。不过没了地球的自转给它提供潮汐能,月亮将不会像之前那样慢慢地飘离地球,而是会慢慢地朝地球方向移动。

事实上我们的忠实伙伴月亮会逐渐着手修复安德鲁设想的悲剧情形带来的伤害。目前地球的自转速度比月亮快,潮汐在不断地减慢地3球的自转速度,同时将月球慢慢推离地球。如果地球停止转动了,月亮将不再飘离地球,而且也不再会减慢地球的自转速度。相反,月亮产生的潮汐会逐渐加快地球的自转速度。慢慢地,月亮的引力将会拖动地球……

……然后地球又会再度开始自转。1. 我是指不会马上灭绝。2. 此时由于没有了科里奥利力(来自物体运动所具有的惯性),风暴的旋转方向将变得无法预测。3. 这一现象成因请参见第26期What If文章“闰秒”。相对论棒球RELATIVISTIC BASEBALLM如果棒球被以0.9倍光速掷出会产生什么后果?——艾伦·麦克马尼斯让我们先不要去纠结棒球是如何加速到这么快的,假设这只是一次普通的投球,但在投手掷出球的那一刻,棒球被魔法加速到了0.9倍光速。从那一刻起,正常的物理规律再度开始发挥作用。答案是“会发生很多事情”,而且这些事情发生在相当短的一段时间内,对于击球手(或投球手)来说他们的结局有些悲惨。为了弄1清楚到底会发生什么,我找来了一些物理书、一个诺兰·莱恩人偶,以及一堆核爆试验的录像带。接下来我将向你展示尽我所能推理出来的纳秒级事件记录。

棒球的速度实在是太快,以至于其他任何东西看上去都像静止了一样。即使是来回振动速度可达每小时上千千米的空气分子,相比起移动速度高达每小时9亿千米的棒球,看上去也会像冻结在空中一样。

空气动力学在此时已经不起作用了。正常情况下,空气会流过运动物体的表面,但此时棒球前方的空气分子根本没有时间躲开棒球,棒球会直直地撞上这些空气分子,其力度之大甚至能使棒球表面空气分子的原子核发生聚变反应。每一次碰撞都会释放出一股伽马射线暴2和四处飞散的粒子。

这些伽马射线和碎屑会形成一个以投手丘为中心不断扩大的气泡,它们会扯碎空气中的分子,把电子从原子核里剥离出来,整个球场内的空气都会变成不断膨胀的炽热等离子泡。这个等离子泡的边缘会以接近光速的速度(比棒球本身的速度略快一些)向击球手飞去。

棒球前方不断发生的聚变反应所产生的反作用力会把棒球向后推,慢慢地降低它的速度,就像一枚引擎点燃、尾部还在朝前飞的火箭。不幸的是,棒球的速度实在是太快,以至于这持续不断的热核反应所产生的巨大反作用力,仍然不足以使棒球的速度降低多少。然而它还是会不停地侵蚀棒球的表面,把棒球产生的细小碎屑向四面八方喷射出去。这些飞散的碎屑一旦撞上别的空气分子,其本身的巨大速度又将引发两到三轮新的核聚变。

在棒球被掷出70纳秒后,它已经飞到了本垒板前。此时击球手甚至都还没看到棒球从投球手手中掷出,因为传递这一信息的光几乎是和棒球本身同一时刻到达击球手面前的。与空气之间的持续碰撞几乎已经把整个棒球侵蚀殆尽了,这时出现在击球手面前的是一团子弹形状的、不断膨胀的等离子云(主要成分是碳、氧、氢和氮),撞击着空气,引发更多的聚变反应。最先击中击球手的是外层的X射线,几纳秒后碎屑云也将接踵而至。

即使在飞抵本垒板后,等离子云团的核心部分仍将以接近光速的速度前进。它会先撞上球棒,但转瞬间击球手、本垒板和接球手都将被云团夹带着,撞穿后面的挡球网,同时解体。外层的X射线和炽热的等离子气体将继续向上向外扩张,将挡球网、双方队伍、看台以及周围的居民区一一吞没——而这些都将发生在球被掷出后的第一个毫秒内。

如果你在城市外一个小山丘上观看这场赛事,你先会看到一股耀眼的光线,其亮度远远超过太阳。几秒钟后这股强光慢慢消散,随之而来的是一个不断变大的火球升入高空,形成一个蘑菇云。随后冲击波会伴随着一声巨响呼啸而来,摧毁沿途的树木和建筑。

离球场中心大约一两千米范围之内的所有区域都会被夷为平地,火焰风暴会吞噬整座城市。原先的那个棒球场所在地将会留下一个大坑,坑的中心在挡球网后面100多米的地方。

根据职业棒球大联盟规则的6.08(b)条款,这个球将被判定为“触身球”,击球手将被保送上一垒。1. 美国棒球史上投球速度最快的投手。2. 在我最初发表这篇文章之后,麻省理工学院的物理学家汉斯·林德克奈彻特联系我说,他在他们实验室的计算机上模拟了这一场景,他发现在棒球刚飞出去的一小段时间内,绝大多数空气分子的移动速度甚至高到无法产生聚变,它们会直接穿透棒球飞出。较之我原先文章所描述的结果,空气加热的速度会更慢,同时也更均匀。乏燃料游泳池SPENT FUEL POOLM如果我在一个普通的乏燃料(用过的核燃料)水池里游泳会怎么样?我是不是要潜到水底才会受到致命剂量的辐射?我在表面能安全地待多久?——乔纳森·巴斯蒂安·菲利亚特罗假设你的游泳技术还算不错的话,那么你差不多可以通过不停踩水在水中活上10~40小时,之后你就会因为体力不支而昏迷并溺水。对于底下没有核燃料的水池来说也是这样……

核反应堆产生的乏燃料具有高度放射性。水在屏蔽辐射和散热方面性能都不错,因而乏燃料会被存放在水池底部,直到其中的放射性物质活跃程度降到一定水平后才会被转移到干桶中。对于这些干桶该储存在哪里,我们目前还没有达成共识,但总有一天,我们会找到合适的地方的。

下面是一个普通的乏燃料储存池的样子:

辐射产生的热量不是大问题,虽然理论上来说,乏燃料池中的水温可以达到50℃,但在现实情况下,水温一般会介于25~35℃——这比大多数泳池的水温要高,但比浴缸里的热水温度要低。

辐射水平最高的燃料棒,应该是最近才从核反应堆里移除出来的那些。对于乏燃料里释放出来的辐射而言,每7厘米深的水就能让剂量减半。根据安大略电力公司的报告中给出的辐射水平,如果把刚取出来的燃料棒放在燃料池中,那么危险区域如下:

当你潜到水底,用手肘碰一下刚拿出来的燃料罐,然后立即游回水面,所受到的辐射就极有可能让你丧命。

但若是停留在最外面的那块区域,那么你想待多久就可以待多久——燃料棒核心所释放出来的辐射剂量,比你在街上四处走动时受1到的背景辐射剂量还少。实际上,只要你待在水下,那么绝大多数普通背景辐射是不会影响到你的。你在乏燃料池里踩水受到的辐射剂量没准儿比你走在大街上时受到的剂量还要少。记住,我只是个漫画家。如果你打算遵循我关于核废料安全问题的建议,那么之后无论发生什么都是你自作自受。

以上讨论完全建立在没有出任何差错的情况下,如果乏燃料棒的外壳发生了腐蚀,那么水中就可能会有些裂变产物。这些物质能够很好地清洁水质,你在里面游泳也不会受到伤害,但它的辐射剂量已经2到了让你不能把这里的水当瓶装水卖出去的程度。

我们知道在乏燃料池里游泳一般来说是安全的,因为会有潜水员定期进行保养。

但是,这些潜水员也必须小心。

2010年8月31日,一位潜水员正维护瑞士莱布施塔特核电站的乏燃料池。突然他发现在池子底部有一段管子,不知道是什么东西,于是他通过无线电询问主管该怎么办。主管让他把管子放到他的工具篮里,他也这么做了。由于水池中气泡的声音太大,他没有听到辐射警报器的响声。

当工具篮被提出水面后,屋子里顿时警铃大作。工具篮被扔回水中,潜水员也马上离开了水池。他身上的辐射计量器显示他受到的全身辐射剂量比正常水平高,而他右手上的剂量更是极高。

原来这根管子是反应堆核心中辐射监测器上的一根保护管,长时间的中子流使得它具有高度放射性。在2006年一个舱室关闭时它意外地脱落了下来,然后就沉到了燃料池底部一个不起眼的小角落,之后的4年里也一直没有被发现。

要是这名潜水员把那根管子放到工具腰带或者背包里等靠近身体的地方的话,管子上的辐射物质足以使他丧命。正如前面所说的,水救了他一命,只有他的手——手比身体其他娇嫩的内脏器官更能承受辐射——受到了大剂量的辐射。

所以说,只要你按规矩在乏燃料池里游泳,你应该不会遇到问题,除非你潜到水底或捡了个奇怪的东西上来。

为了确证,我联系了一位在研究用核电站工作的朋友,问他如果你试图在他们被辐射污染的池子里游泳会发生什么。“在我们这里?”他想了一会儿之后说道,“你会死得很快,甚至在你碰到水之前,警卫就一枪把你打死了。”1. 译注:背景辐射是环境中普遍持续存在的电离辐射,通常来自人类活动排放和自然界的释放。2. 这很糟糕——它来当“能量饮料”可是太合适了。那些古怪而又让人忧心的问题合集一WEIRD(AND WORRYING)QUESTIONS FROM THE WHAT IF?INBOX,#1

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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