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挖個從美國通到中國的洞,然後跳下去會怎樣?──《然後你就死了》

你在長大過程中(應該是小時候),或許曾心血來潮,想挖個從美國通到中國的洞。你甚至可能動手過,在海灘挖了差不多一公尺。

現在你年紀增長,更有毅力了。假設你下次到了海邊,完成童年時的未竟志業,挖了個穿過地球、深達八千哩(約一萬兩千八百公里)的洞,然後一股腦跳下去。

接下來會怎樣?

如果你從美國大陸開始挖,最後會溺斃在印度洋。若想在美國挖洞,最後在乾燥的陸地上冒出,得從夏威夷海灘上開始挖,最後你會在波札那的狩獵保護區冒出來。圖/pixabay

問題一:起點很重要

首先,得看你從哪裡開始挖。你的確切起點很重要。別以為中國就在美國的對面。這是錯誤的觀念。事實上,如果你從美國大陸開始挖,最後會溺斃在印度洋。若想在美國挖洞,最後在乾燥的陸地上冒出,得從夏威夷海灘上開始挖,最後你會在波札那的狩獵保護區冒出來。

問題二:摩擦摩擦,直到你剩一攤爛泥

但從夏威夷開始挖也有問題。地球外殼的旋轉速度比內部要快得多,和旋轉木馬一樣。你站在夏威夷海灘上,會比地球核心的移動速度每小時快八百哩(約一千兩百八十七公里)。因此,當你跳進洞裡之後,會一路摩擦著岩壁往下,而朝著另一頭往上時,背部也會摩擦岩壁。

要是摩擦速度慢,你只會輕微擦傷。但高速墜落時,持續擦傷會把你的皮膚與骨頭磨光,直到你只剩一攤爛泥。

地球外殼的旋轉速度比內部要快得多,和旋轉木馬一樣。高速墜落時,一路摩擦岩壁會把你的皮膚與骨頭磨光,直到你只剩一攤爛泥。圖/wikimedia

要避免摩擦致死,最聰明的方法是從南極或北極開始挖,這裡地表的旋轉速度與核心的旋轉速度差不多。

這是第一步驟。不過,跳進穿過地球的洞穴,風險可不只擦傷致死而已。

人體在海平面以屈體墜落時,終端速度約為時速兩百哩(約三百二十公里)。以這種速度墜落八千哩需要四十小時。換言之,你大可以照一般的方式訂機票,中間經過轉機幾次的折騰後,便能抵達波札那。但假設你不趕時間,花四十小時也無妨。只是,你仍舊不可能通過地球。

問題三:重量減少、空氣密度增加,讓你「漂」在半途

你在幾秒鐘之後,速度就會慢下來。原因有二。

首先,接近地球中央時,就沒有那麼多的地球重力把你往下拉,這表示你的重量會減少 ,墜落速度也跟著變慢。但第二個原因則比較危險:空氣變厚重。

海拔八千八百四十八公尺的聖母峰是地球最高點,那高度沒有太多大氣來壓縮空氣,因此地表的空氣會比較稀薄,只有受過良好訓練的登山者才可能生存。

你往反方向前進時,則會發生相反的情況。

由於上方的大氣增加,你墜落過程的空氣也會越來越受壓縮。你才僅僅墜落六十哩(不到全程的一%,約九十七公里),空氣的密度已和水一樣。你會下沉一會兒,但後來就達到平衡狀態,屆時空氣和你的密度一樣。因此,你永遠會「漂」在地球裡。

屆時空氣和你的密度一樣。因此,你永遠會「漂」在地球裡。圖/pxhere

由於大氣壓力會擠壓你的氣室,因此你在地球內部的密度也會比目前還高,並且沉得比你預期得深。但你還是到不了地球的另一端。

顯然,這個沙坑需要重新設計一下。要解決空氣密度的問題,就是抽光隧道中的空氣再封起,使之成為長長的真空管。這就解決了漂浮與移動速度太慢的問題,你現在會以時速一萬八千哩的速度(約兩萬九千公里),尖叫著通過地球中心,而非卡在半途。

問題四:超高溫將你全身汽化

可惜,這條隧道還是不能安全使用。俄羅斯人曾挖掘過世界上最大的沙坑,他們證實:地球中心太熱了。

俄羅斯的沙坑稱為「科拉超深鑽孔」(Kola Superdeep Borehole),是一項從一九七○年開始、為期二十二年的龐大計畫,目的只是想了解他們能挖得多深。蘇聯在一九八九年已經挖到四萬呎(十二.四公里),後來因為鑽頭焊接處遇到高溫熔化,計畫才告終。即使他們才挖了地球不到○.一%的深度,溫度即已上升到一百八十度。

根據經驗法則,從地表往下每挖一百呎(約三十公尺),溫度就會上升攝氏約零.五六度,也就是墜落兩秒,你大概就會覺得變暖○.五六度。沒什麼大不了。但你在新真空管中,會加速得非常快。

三秒後,隧道中的溫度會提高一.五度,三十秒後,就和烤箱一樣暖。這可不舒服,但你卻能存活超長一段時間。十八世紀,英國科學家查爾斯.布萊格登爵士(Sir Charles Blagden)把一間房間加熱到一百零五度,在裡頭坐了十五分鐘,毫髮無傷地走出來。不過,布萊格登爵士所在的房間不像你的隧道那樣越來越熱。三十秒後,你或許還活著,但這個洞會繼續變熱。再過三十秒,你前進十三哩(約二十一公里),溫度已經抵達五百三十八度。若你帶了加熱即食的披薩,這時已可以吃了,當然你自己也已經熟了。

你在新真空管中三秒後,隧道中的溫度會提高一.五度,三十秒後,就和烤箱一樣暖。再過一分鐘,若你帶了加熱即食的披薩,這時已可以吃了,當然你自己也已經熟了。圖/pxhere

但情況越來越糟。你仍無法抵達地球另一端。

地球中心的溫度高達六千一百度,比太陽表面還燙。在那溫度下,你的身體會立刻汽化,電子遭撕碎,剩餘部分也將變成零碎的電漿。

所以,我們又得繼續更改你的隧道設計。

如果我們把這隧道的隔熱功能做得非常、非常好(當然不可能做到)。你能順利抵達嗎?

問題五:能量守恆,小心變成地球版盪鞦韆

設沒有撞到隧道的岩壁,且排除了導致速度變慢、抵達另一端時身體東缺一塊西缺一塊的因素,那麼你在時速一萬八千哩的情況下,只要十九分鐘即可來到地球中心。一旦你通過中心,速度又會開始變慢,因為地球會開始把你拉回。但就像遊樂場的鞦韆,你的動能會把你推回一開始的高度──在這情況下,就是地球的另一邊。

假設排除了上述所有問題,只要十九分鐘即可來到地球中心。但就像遊樂場的鞦韆,你的動能會把你推回一開始的高度──就是地球的另一邊。圖/pxhere

如果忽略目前科技無法在地球核心的極端溫度與壓力下挖掘的問題,你可能抵達地球另一端嗎?可以!大約三十八分十一秒,即可抵達地球另一端。到時候要扶好彼端的地面。

要是沒扶好,你就得重來一遍了。

 

 

本文摘自《然後你就死了:被隕石擊中、被鯨魚吃掉、被磁鐵吸住等45種離奇死法的科學詳解》,2018 年 5 月,臉譜出版。

 

 

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