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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41期——一路向西  

2013-08-06 06:04:28|  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

提问:

如果每个在美国的人都驾车往西边开去,那么他们能够暂时阻止大陆板块的漂移吗?

—— Derek

回答:

(两人对风电机一番思索)

正是因为有了板块构造,美国现在正以每年约1厘米的速度向西边飘去。(而与此同时美国的人口重心正以平均每分钟1厘米的速度向西移动。)

美国有212,309,000位注册驾驶员,而由于汽车的数量比司机多,因此我们是有可能让他们在同一时刻都驾驶车辆。上路的汽车平均重4000磅多一些,因而我们一共有8500亿磅的汽车(加上300亿磅重的司机)可供支配。

相比较而言,北美洲板块的面积约2500万平方千米,厚度平均约35千米。假设大陆板块的密度是2.7千克/立方分米,那么整块大陆的质量就在千克这个数量级上,很显然整块大陆的质量约为上面所说的汽车加上司机质量的6万亿倍。

(大家都往西开,满脑子都是某人的某首歌)

但不妨说我们还是打算试一下。所有的2.12亿美国人一脚油门踩到底一路向西飞驰而去,在所有汽车加速到在高速上的速度之前的十几秒间,这些车辆将会给地面施加向东方向大小十分接近1万亿牛顿的力。如果忽略其他的力的作用的话,根据动量守恒我们发现它能使整个大陆板块加速惊人的18厘米/年,这足以逆转现有的运动状态了。

但等一下。大陆板块的移动速度十分缓慢,因而制约它们运动的主要因素不是动量。它们是由一组相互平衡的力驱动的——我想说这些力十分复杂,而且十分无趣——如果我们打算和这些力叫板,那么我们最好先搞清楚它们的本质。假设大陆板块像在冰面上滑动一样漂移,那么我们可以很轻松地把它拉住。但另一个可能是它们被固定在一个运动缓慢但又持续运动的岩浆传送带上,所以我们没法在不逆转板块下的岩浆流的情况下单独移动大陆板块。

人类也只是在最近——在20世纪中期——才发现大陆是在移动的这一事实。我们到现在为止还搞不清楚影响板块运动的板块与岩浆之间复杂的作用力,但它们听上去太过复杂,所以我们不妨就不去管它们。我们不在乎这套机制到底是如何运作的——我们只想知道我们是否能与之抗衡。

这些力很难测量,所以我们也不确定它们到底是如何产生影响的。现有的一些证据表明地幔沿着板块底部的流动产生的影响不及地壳向下俯冲入地幔时的边缘重量所带来的影响,而地幔对地壳施加的反作用力也要比前者重要。

通过一些地质文献,我们可以做出一些大致的猜测。地幔阻止板块向前移动而产生的阻力一般在10^5到10^7牛顿/平方米这一数量级上,这意味着现有的作用于北美大陆板块的向东的阻力大小在10^19牛顿这个数量级上。

这么大的力可是我们车队所能产生的力的上百万倍,其他的一些力也不容忽视。从板块能够抗衡如此强大的阻力而稳定地像一个方向移动这一事实来看,我们能得出一个结论,那就是驱动板块运动的平衡力 极有可能非常稳定,因而不太可能被我们的微小努力所影响。

但动量守恒这一定律仍然成立——因而总有东西会因此而动起来,而这个东西就是我们的整个地球,地球的自转速度会略微加快。如果我们的车队位于北纬39度附近,那么一天的长度只会减少约200微微微秒——大概是你读"微微微秒"这个词所需时间的100万亿分之一的时间。如果我们朝东开,那么一天的长度就会增加相近的长度。

但考虑到为了这200微微微秒我们得花去500亿美元的油钱,即使按照10^29倍最低工资的水平来计算的话,时薪也是高的惊人。

所以考虑到以上所有情况,明年春天还是别打算改变时间了,你啥都不用做都能白白得到一个钟头呢。

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