@ 2013.10.18 , 01:27
42

WHAT IF: 膨胀的地球

如果地球半径每秒膨胀1厘米,这样要过多久人们才能意识到自己的体重开始增加了。(假设地球组成成分不变。)

—— Dennis O'Donnell

现在,地球并没有在膨胀(我说这话是有证据的)。

很久以来,人们一直认为地球是在膨胀的。「大陆板块漂移说」在1960年代得到确认之前,人们就发现大陆的海岸线互相是如此契合。于是对此现象出现了很多种解释,其中就包括一种说法,认为海盆是从原本光滑的球体膨胀,表面龟裂而来的。这个观点没有得到广泛的支持(因为这本来就没有根据),但是它还是在Youtube上成为了月经话题。

为了从一开始就避免「龟裂」的问题,我们假设地球从内由外是均一同质的。另外为了回避在「海枯石烂之荷兰人的崛起」中遇到的情况,我们同时假设海平面也随着一起膨胀(不过现在海平面确实因为全球气候变暖在抬高)。玩的就是地球人。

时间 = 1秒:

[-]

地球这就开始膨胀了,你只觉脚底一颤,或许还小「嗯?」了一下。但不太明显地就过去了。因为速度很慢,你不会感到任何加速度的存在,后面的几天里,太阳照常升起,一如往昔。

时间 = 1天:

一天以后,地球已经膨胀了 864 米。

[-]

重力(地球引力)还需要很长时间才能明显地增加。如果你体重 70 公斤,一天以后,你变成了 70.01 公斤。

那么马路和大桥呢?显然是四分五裂的,对吧?

整个过程没你想象得那么快。为了打发点时间,和你们说一侧我听过的有趣的问题:

假设你用绳子圈住地球的赤道,系紧。

[-]

现在你想把绳子离地抬高一米。

[-]

那样你需要把绳子延长多少米?

你第一反应可能是得要好几英里,但是答案是 6.28米。周长和半径成比例关系,所以你给半径增加一个单位,周长就增加 2π个单位。

把一条 40,000 公里长的裤腰带加长 6.28 米实在微不足道。所以地球直径周长 5.4 公里的增加对于所有建筑来说也不算大事。实际上混凝土一天的热胀冷缩要超过这个幅度(来源)

从一开始的脚底一颤,到现在,你唯一能察觉到的异样就是 GPS 导航罢工了。虽然卫星还在和原来差不多的轨道高度上,但是卫星上的超精密的 GPS 定位系统在地球膨胀后的 1 个小时内彻底瘫痪。GPS 的时序是非常精确的;在所有的工程设计中,GPS 是唯一需要工程师拿人钱做人事,不得不老老实实做严密推算的事情。什么烂jb翻译这是唯一需要工程师同时考虑狭义及广义相对论的领域。

大部分钟表都还能正常工作。但如果你有一个很不错的「古董钟摆钟」,你会发现一天以后它应该会慢了个三秒钟。

时间 = 1个月:

一个月了,地球涨大了 26 公里 —— 变大了 0.4% —— 质量增加了 1.2% 。但是地球表面的重力只增加了 0.4%,而不是 1.2%,因为表面重力和半径也成比例关系。(质量等于半径的三次方,而重力和质量的关系是质量乘以半径平方数的倒数,就是 半径3 / 半径2 = 半径。)

你或许会意识到自己体重发生了变化,但是对你的影响不大。重力的变化本来就在地球上不同地方有存在差异。所以,如果你买了个电子秤,就得注意这个问题。如果你的电子秤是精确到小数点后2位数的,你最好用秤砣校准一下,你上班的地方的重力可能会和你家里的不一样。

虽然这个时候你还没意识到重力的变化,但是你可以明显感觉到地球的变化了。一个月以后,所有的大型建筑、道路桥梁都布满裂缝,虽然大部分建筑还能用,但这些靠地基站着的摩天大楼可能会发生一些状况。

这个时候,国际空间站上的哥们儿开始发愁了。不光是地球母亲正在向他们扑来,而且重力正在增加,意味着ISS会缓缓坠落向大气层。离完蛋还有几个月时间,他们必须快些撤离;

时间 = 1 年


一年以后,重力增加了 5% 。 你终于开始注意到体重的变化了,而且道路等基础设施的损毁情况触目惊心,电力线路、卫星还有海底光缆。现在你的古董钟已经快了 5 天。

地球大气层呢?

如果大气层没有随着地球和海洋一起同步膨胀,气压就会降低。这是由一系列原因造成的,随着重力的增加,大气重量也会增加。但是因为大气被扩散覆盖了更大的地球表面,最后的结果是气压降低。

另一种情况,大气层也随着膨胀,那么气压就会变高。一年以后,上珠穆朗玛峰不再是「死亡地带」了(见64期:你要飞走)。因为你体重增加了,而山也变高了,所以爬山的驴友真成驴了。

时间 = 5 年:

5年以后,重力增加了 25% 。 70 公斤的小伙子成了 88 公斤的小胖子。

大部分的基础设施已经崩溃。原因就是地面的延展,而不是重力的增加。让人惊讶的是,大部分的摩天大楼都能扛住这样强的重力(当然,让我坐电梯就算了。),对它们来说,真正的威胁是风速。

时间 = 10 年:

10年以后,重力增加了 50% 。 如果大气没有跟着膨胀,那么稀薄的空气就算在海平面都已经难以呼吸了。相反,如果大气随着地球一起膨胀,那还问题不大。

时间 = 40 年:

40年了,重力增加了三倍。这个时候,就算最强壮的人走路都会吃力。呼吸变得困难。树木倒下。植物无法支撑自身的重量。事实上,所有的大山都会发生滑坡,程度根据「休止角 (angle of repose)」 而定。

地理活动也会变快。地球自身温度大部分是由地壳矿石和地幔的辐射提供的来源,而更肥大的地球,意味着更多的热能。因为体积的增加快过表面积,每平方米输出的温度将会增加。

但这还不至于让地球表面温度升高 —— 地表温度是由大气和太阳辐射决定的,但地壳温度的升高会产生更多的活火山,地震和更快的地壳运动。这和地球早期形成时候的情况类似。

更强的板块运动或许是件好事。地壳运动是稳定全球气候的重要因素,那些比地球要小的行星(比如火星)没有足够的内部温度来支持这样长期的地壳运动。更大的星体可以有更多的地理活动,所以有些科学家认为一些比地球稍大一点的外星系星球(「超级地球」)可能比和地球这样差不多大小的行星更可能孕育生命。

时间 = 100 年:

100年以后,我们将生活在 6个G 的重力下。这不光是没法活动觅食的问题,我们的心脏已经无力把血液泵到脑子里。只有一小部分生物(还有海洋动物)可以自由活动。或许人类可以建造人工气压控制的设施,让大部分身体泡在水里活动。

这种情况下,顶着水压呼吸是非常困难的。这也是为什么潜水面罩的呼吸管只能在靠近水面的地方使用。

[-]

如果走出这种「低压设施」,外边的空气因为另外一个原因而无法呼吸:在 6 倍大气压的情况下,普通的空气也变成了毒气来源。就算我们能熬过这莫名其妙的100年,我们也会因为「氧气中毒」而灭亡。哪怕不去管中毒的问题,光是这么「沉重」的高密度空气,我们也呼吸不动。

黑洞?

什么时候,地球会变成一个黑洞呢?

这个很难讲,因为问题就设定的条件就是「随着半径的增加,密度不变」 —— 但是黑洞的密度是会增加的。

超大岩石行星很难分析,因为没有形成这种天体的条件;因为足够大的重力会在行星形成时聚集足够多的氢和氦,从而变成巨大的「气态巨行星」。

到某个临界点上,巨大的重力会让地球塌缩,而不是继续膨胀。在那以后,地球会变成一颗白矮星或者中子星。如果质量还继续增加,那么最后可能会变成一个黑洞。

但是在走到这一步之前……

时间 = 300 年:

很可惜,人类撑不到这么久,因为在这个时候,一件古怪的事情发生了。

随着地球的勃大,和我们的所有卫星一样,月球终于也出事了,轨道逐渐螺旋内旋,几个世纪以后,由于它太接近充血的地球,「潮汐作用力」将超过地球引力.

当月球跨过这个界限 —— 洛希极限,它将被渐渐撕碎。

[-]

……然后地球将会在一段时间里,第一次有了光环。

本文译自 xkcd,由译者 Junius 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

4.6
赞一个 (2)

TOTAL COMMENTS: 42+1

  1. 揉脸党党员
    @4 years ago
    2222158

    胖妹纸找借口利器

    [24] XX [4] 回复 [0]
  2. 天や罚
    @4 years ago
    2222159

    由于太接近气体巨星,有个卫星地质活动超级剧烈的是哪颗来着

    [17] XX [1] 回复 [0]
  3. 揉脸党党员
    @4 years ago
    2222162

    二楼你发错群了 呵呵呵呵呵

  4. 2222163

    最后一句好有大刘的风格。。。流浪地球什么的。

    [22] XX [3] 回复 [0]
  5. 2222164

    我看不懂我没文化咋了?

    [2] XX [14] 回复 [0]
  6. ida529200
    @4 years ago
    2222168

    may the force be with you…amen

  7. vegligi
    @4 years ago
    2222170

    月球变成了光环,为什么人类会灭绝~?

  8. 迷之人物
    @4 years ago
    2222179

    中国的GPS为什么有偏移?垄断吗?

    [0] XX [19] 回复 [0]
  9. 咖啡
    @4 years ago
    2222182

    不明觉厉

  10. 二硫碘化鉀
    @4 years ago
    2222183

    充血的地球。。。。就看懂這個了

    [12] XX [1] 回复 [0]
  11. 2222193

    哇塞毫无翻译腔

    [88] XX [1] 回复 [0]
  12. 斯塔文
    @4 years ago
    2222196

    那……意思是地铁票又涨价了?!

  13. 2222217

    你第一反应可能是得要好几英里,但是答案是 6.28米。周长和半径成比例关系,所以你给半径增加一个单位,半径就增加 2π个单位。(应该是周长。。。都没发现?)

  14. 路人
    @4 years ago
    2222224

    人的质量不是不变的么

  15. 毕少
    @4 years ago
    2222229

    勃大是个好词。

  16. 2222231

    @vegligi: 意思是在月球被撕裂前人类早灭绝了(地球早不适合人类居住了)

  17. 翼若云
    @4 years ago
    2222234

    最后终于击杀了月球,修炼出了BUFF。

  18. 囧子
    @4 years ago
    2222235

    最后一张图有鸡

    [40] XX [1] 回复 [0]
  19. 小忠小吉吉
    @4 years ago
    2222237

    悟空:我要打100个G

  20. 邪恶帝
    @4 years ago
    2222241

    我的体重在5年内从70公斤变为了88公斤,嗯,这一定是地球膨胀惹的祸

    [53] XX [2] 回复 [0]
  21. 切糕
    @4 years ago
    2222242

    “……在所有的工程设计中,GPS 是唯一需要工程师拿人钱做人事,不得不老老实实做严密推算的事情。”

    这话让人情何以堪呀!

  22. 季默
    @4 years ago
    2222259

    70 公斤的小伙子成了 88 公斤的小胖子
    看来我169/62的体型不算胖,我很欣慰

  23. 汤圆
    @4 years ago
    2222260

    还能再给力点么?

  24. 东朗
    @4 years ago
    2222265

    像日本人那样拯救世界?

  25. 2222276

    @天や罚: 应该是Io,木星的

  26. esonyun
    @4 years ago
    2222290

    貌似卫斯理的短篇小说里有一篇有说到这个膨胀的地球。

  27. 2222293

    @迷之人物: 和GPS没啥关系。倒是和某地图有关系。同样的设备,那个地图和高德地图或者百度的定位就有偏移,而且那个地图的卫星视角却又是准的。如果放到同一图层就会发现那个地图的卫星图和地图不是重叠的。
    主要还是因为那个地图没有牌照。

  28. esonyun
    @4 years ago
    2222302

    倪匡的短篇作品《狐变》。由一种十分怪异的理论发展出来的。这种理论认为整个宇宙中的一切都在不断扩大,进度是每天一倍。如果这种理论是对的,那么只要有甚么是不在扩展之列,那就必然每天缩小一半。谁都知道数学上的一个问题:一数除以二,永远可以除下去;所以在理论上来说,这种“缩小”永无止境,可以小得比分子、原子、中子、质子更小,一直设想下去,奇趣无穷。

  29. 裤兜里的毒药
    @4 years ago
    2222310

    我说我最近没胖怎么体重增加了,原来地球胖了

  30. Junius_Lou
    @4 years ago
  31. 怪兽打败奥特曼后
    @4 years ago
    2222330

    好长……

  32. 小卡
    @4 years ago
    2222334

    @迷之人物: 的确是测绘局的垄断。导航牌照是要向国家买的,而且禁止外国公司进行测绘,地图公司测绘数据必须上交进行加密算法的偏移坐标,然后导航系统也用同样的算法进行偏移,出来的地图必然不可能是完全吻合的。说是防止给敌对势力掌握国内地理情况,其实大家都懂。真实GPS地理坐标请参考map.google.com的卫星地图(非 ditu.google.com)如果说错欢迎指正

  33. truthname
    @4 years ago
    2222391

    @天や罚: 没记错的话是木卫一,那个大石头天天都有火山喷发和硫磺泉。另外,海卫一由于和海王星距离太近而且还有个奇葩的逆轨道,也是天天喷发的

  34. 无名
    @4 years ago
    2222642

    额….我觉得人类会适应重力的变化- -…
    毕竟是一个缓慢的过程

  35. 笑与淚
    @4 years ago
    2222690

    个人认为地球膨胀学说比大陆漂移学说更靠谱。

  36. blhawkue
    @4 years ago
    2222884

    “所以地球直径的 5.4 公里的变化…”翻译错误,原文“Even after a day, the extra 5.4 kilometers would be handled…”没有提到直径,这里应该是指一天后,地球半径变大864米,周长增加864*2*3.14=5425.92

  37. Junius_Lou
    @4 years ago
    2222897

    @blhawkue: 嗯,是理解错了

  38. 诺都
    @4 years ago
    2223059

    休止角——摩擦角?miu=tga ~

  39. 卡尔bling
    @4 years ago
    2223110

    求解释,在地球质量不变的情况膨胀为什么会使重力增加呢
    我以为地球缩小导致密度增大才会增加重力(中子星/白矮星)

  40. 2223211

    @卡尔bling: 原文就是在说质量在变化的啊,两个物体之间的引力只和物体的质量以及相对距离有关,和体积无关。

  41. yukirock
    @4 years ago
    2223428

    GPS 那部分:

    of all the problems in engineering, it’s one of the only ones in which engineers have been forced to include both special and general relativity in their calculations.

    其实是说,这是唯一需要工程师同时考虑狭义及广义相对论的领域。

    相对论呐。

  42. 包子星人
    @4 years ago
    2241488

    最后一句,迷の悲伤

发表评论


24H最赞