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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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[what if]第1期——一颗0.9倍光速的棒球   

2013-07-23 13:35:35|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:一起剥坚果

原作:http://what-if.xkcd.com/1

译者:fall_ark

What if 系列:http://songshuhui.net/archives/tag/what-if

如果将一枚棒球以90%光速的速度投掷出去,挥棒击球时会发生什么呢?

- Ellen McManis

让我们先把怎么能让棒球飞到如此高速度的问题摆在一边。不妨假设投球队员只是做了一次普通的投球动作,而当棒球离手的时候,它莫名地就加速到了0.9c。这以后的一切我们都按照正常的物理学规则来推演:

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问题的答案是——“很多事”,所有事件都将在极短时间内发生,而且对击球者(当然投球者也一样)来说,不是很有益于身体健康。为了计算出结果,我拿来了一堆物理书、一个Nolan Ryan(知名投手)的投球模型、和一堆核爆测试的录像带。你接下来要看到的,就是以我的能力所能推演出的纳秒级事件记录——

由于球速太快,对球来说周围的一切实质上可以被认为是静止不动的,就连空气中的分子也是一样——空气分子通常以每小时数百英里的幅度来回振动,但由于棒球此时的速度达到了惊人的每小时6亿英里,所以对棒球本身来说,它们就像是凝结在了空中一样。

“空气动力学”在这种情况下根本不存在。在通常情况下,空气会从运动物体的边缘流过,但在这枚棒球前方的空气分子们根本没有时间让开道来:球直直地冲撞过来,这一撞击是如此猛烈,以至于空气分子中的原子们干脆就和棒球表面的原子们合在了一起——产生了聚变。每一次这样的撞击都会引发一阵伽马射线和散射粒子的爆发。

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这些伽马射线与碎屑以投手丘为起点、呈泡状向四周迅速扩大,它们将周围空气中的分子扯碎、将原子核中的电子剥离,使得球场内的空气成为一个不断变大的炽热等离子泡。这个泡泡的外壁以几近光速的速度向击球者迎面压去,速度比飞出去的棒球本身要快那么一丁点儿。

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在棒球前端不断发生的聚变反应施加给棒球本身一个强大的反作用力,使球速减慢,就好比是一枚倒着飞出去的火箭尾部喷射出的气流试图把它往反方向推一般,不幸的是,棒球的速度实在是太快,就连这一系列持续进行的高热原子核能反应爆炸所产生的巨大力量都完全不能让它真的慢下来。不过,效果还是有的:棒球的表面被这些巨大的能量所侵蚀,无数细小的碎屑开始向四周爆裂飞散,而这些碎屑又以极高的速度飞行,当它们与空气中的分子相撞时,又会引发两、三轮的聚变反应。

在大约70纳秒时,棒球飞到了本垒板前。击球者这时甚至还没有看到投手将球投出的那一个瞬间——因为携带着那一影像信息的光本身也几乎是和棒球在同一时刻到达。当然,说“球”已经不太精确,和空气的持续碰撞已经将这枚棒球分离殆尽,如今飞到打者面前的,是一团呈子弹头形状的等离子云(主要成分是碳、氧、氢和氮),以高速不断地在空气中撞出一条聚变反应的道路。首先和打者亲密接触的是那一层X射线外壳,然后在几个纳秒之后,碎屑云团也如约而至。

当云团与击球者接触时,云团的中心部分仍然在以相当高比率的光速在前进,云团首先会碰到球棒,然后打者、本垒板、捕手都将被一齐卷入云团、直撞向他们身后的挡球网,不过等到达那里时,他们也已经全都分崩离析了。由X射线和高热等离子云继续向外和向上扩展延伸,依次将挡球网、双方队员、看台以及附近的住宅区吞噬。这一切,发生在球飞出去后的第一个微秒(百万分之一秒)。

假定你是在球场所在城市市区之外的一个小山丘上观看这一事件,你首先将会看到的是一阵炫目的、远超太阳光芒的亮光,光芒在接下来的几秒钟内逐渐减弱,你将看见一团火球迅速变大并升空成为一团蘑菇云。再然后,在一阵巨响之后,冲击波到达了,沿途的树木房屋无不灰飞烟灭。

在棒球场周围大约一英里的地方,一切都消失了,而在已夷为平地的区域之外,城市被烈焰吞噬。球场成了一个大坑,坑的中心自然就是最初投出球去的地方。

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在仔细研读职业棒球大联盟官方规则之后,根据规则6.08(b)条指出,在这一情况下应该将此球视为触身球,打者将被保送上一垒。

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