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。
回答:
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。
(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。
(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。
(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。
(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:
(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:
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:
(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:
(为了找到足够的材料造这桩大楼中间的那个小圈,我们都已经把木卫二和木卫三给拆了)
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。
(你的错)
(来源:科学松鼠会)