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科学松鼠会

让我们剥开科学的坚果

 
 
 

日志

 
 
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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94期:摩天大楼  

2014-06-19 11:21:25|  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:

我的女儿只有四岁半,她不停地说她要一幢几十亿层楼高的房子。可问题是不仅她很难对这个数量级有直观的认识,而且我自己也讲不清楚要造出这么一幢大楼需要克服哪些困难。

—— Keira,梅迪亚,宾夕法尼亚

回答:

Keira你好。

如果你想要造一幢很高很高的大楼,大楼顶部的重量会把大楼的底部压垮。

你有试过堆花生酱吗?你可以很轻松地堆出一小坨来,看起来就像梳打饼干上长了一座表面布满颗粒的小城堡。这座小城堡的强度足够保证它挺立不倒,但如果你堆了一座很大很大的城堡,那最终它会垮掉,变得像大饼一样平。

wpid-billion_pb-2014-06-19-11-21.png

(不要让你爸阻止你。如果他勒令你打扫干净,你就拿着罐子到你自己的房间,在地毯上继续堆。我允许你这么做哈哈)

同样的情况也会发生在大楼身上。尽管我们现在造的大楼十分结实,但我们没法造出一座高耸入太空的大楼,因为这样的话大楼顶部的那部分重量会压垮大楼的底部。

我们有能力把大楼造得非常高。世界上最高的大楼有将近1000米高,如果我们愿意的话还可以造出2000或3000米高的大楼,而且还能保证这幢大楼屹立不倒。不过要是再想建得高一些的话就有些困难了。

但除了自身重量太大以外,高楼还面临着许多其他问题。

其中一个就是风。高空中的风十分强劲,高楼要造得十分结实才能保证不被大风吹倒。

另外一个问题可能不太容易想到,它就是电梯。建了高楼就得修电梯,因为没人愿意辛辛苦苦爬几百级楼梯。如果一幢高楼楼层数很多的话,我们就需要很多很多的运行于不同区域的电梯,这样才能满足同一时间大量人上上下下的需求。如果一幢楼过高的话,整幢楼基本就被电梯井给塞满了,基本就没有剩余空间来造房间了。

wpid-13988411574-2014-06-19-11-21.gif

(由于顶层电梯比较少,剩余空间比较多,但这样一来就需要更多的电梯来满足人们的需求,所以……蝙蝠侠快来拯救我们吧)

也许你能想到一些方法,让人们可以不用坐电梯也能抵达他们想要去的楼层。或许你可以造一座十层楼高的巨型电梯,或许你可以让电梯运行地和过山车一样快,或许你可以派热气球把人们送到他们的房间里去,或者你可以用投石车把人们扔上去。

wpid-billion_balloons-2014-06-19-11-21.png

(来源:NASA)

电梯和风已经算是不小的难题了,但最大的问题是钱。

要想造一座很高很高的大楼需要花很多很多的钱,但没人会想去造这么一桩高楼,因为造一幢几英里高的大楼需要花费数十亿美元的资金。这可是一大笔钱!如果你有10亿美元,你可以先租到一艘巨型太空飞船,然后拯救世界上所有濒危的狐猴,再给每个在美国的人一美元,并且在这之后还有剩余。绝大多数人都不觉得这么多钱应该花到建一幢几英里高的大楼上。

如果你将来变得富有了,有钱来给自己建一幢大楼,并且解决了所有上述的工程难题,但想要造出10亿层的高度还是有不少问题的,因为10亿层实在是太多太多了。

一幢普通的摩天大楼假设有100层楼,那么相当于它有100幢小房子叠起来这么高。

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(建在大草原上同一点处的100幢小房子)

如果你能把100幢摩天大楼叠在一起,大楼顶端高度将会有地面与太空之间距离的一半左右:

wpid-13988416016-2014-06-19-11-21.gif

(太空你好)

但就算这样这桩大楼也只有区区1万层楼,离你设想的10亿层楼还远着呢。这100幢摩天大楼每幢都有100层楼,所以加在一起一共有100乘上100等于1万层楼。
但你说想要有10亿层楼,于是我们把100幢上面提到的超级摩天大楼叠起来形成一幢超级超级摩天大楼:

wpid-13988419078-2014-06-19-11-21.gif

这幢超级超级摩天大楼将会非常之高,以至于太空飞船有可能会一头撞上去。如果空间站正朝着大楼飞奔而去的话,我们还可以用空间站上的火箭来避免撞击,[1]但坏消息是太空中满是坏掉的宇宙飞船和卫星,还有数不清的太空垃圾,这些东西在太空中乱七八糟地在太空中飞舞。如果你真的造了一幢超级超级摩天大楼,那么总有一块飞船碎片会撞上它的。

但是超级超级摩天大楼也仅仅只有100万层楼,比你想要的10亿层楼相比简直不值一提。

于是我们把100幢超级超级摩天大楼叠起来,形成一幢超级超级超级摩天大楼:

wpid-13988422792-2014-06-19-11-21.gif

(目测发改委是不会同意的额)

这座超级超级超级摩天大楼的楼顶甚至都快够到月亮了。

但那也只有1亿层楼,要想达到10亿层楼,需要把10幢超级超级超级摩天大楼叠起来,变成一幢究级摩天大楼:

wpid-13990922750-2014-06-19-11-21.gif

(为了找到足够的材料造这桩大楼,我们都已经把木星的两颗卫星给拆了)

这么一幢究级摩天大楼基本是造不出来的。你不但需要防止它撞上月亮,或者被地球自身的引力扯碎,还需要担心别撞上像巨型陨石这样曾导致恐龙灭绝的天体。

不过有些工程师们想到了一个和你的究级大楼很相像的东西——太空电梯。虽然它没有你的究级大楼高(太空电梯只延伸到地月中间)但不管怎么说至少在往目标靠拢不是么。

一些人觉得我们有能力造出一家太空电梯,但另一些人认为这也太疯狂了。我们现在是造不出来,因为我们遇到了许多根本不知道该如何解决的问题,比如如何保证大楼的强度,如何输送电力驱动电梯。如果你真的想要造一幢摩天大楼,你可以去找一找这一方面更多的大家都在研究的话题,或许以后你就能成为解决这些问题中的人中的一位。或许,将来的某一天你会造出一幢高耸入太空的摩天大楼。

不过有一点我很确信,那就是这幢楼不会是花生酱造出来的,哈哈。

wpid-13988426244-2014-06-19-11-21.gif

(Keira的错)

  • 注1:宇航员们一遍又一遍操纵空间站躲避你家的高楼已经不耐烦了,所以你可以考虑用轨道炮在他们经过的时候给他们运一些燃油和食物。
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