瘋狂問題的科學(xué)答案

呂天曉

天才與瘋子往往只差一步。偉大的發(fā)明就是誕生于瘋狂的想法，許多科學(xué)家就是一個瘋狂的怪咖?，F(xiàn)在，就讓我們看看一些最瘋狂問題的科學(xué)答案

如果你掉進火山里

世界上最不可能發(fā)生的事情之一是一個倒霉鬼跑到火山周邊玩耍，隨后運氣差到極點，摔了個跟頭掉進去了。不過，現(xiàn)在有一個非常瘋狂的自殺者，他偏偏要嘗試這種離奇的自殺方式，縱身跳進了火山熔巖內(nèi)。那么，等待他的會是什么呢？

由于火山內(nèi)部涌動的巖漿溫度能達到1200℃～2000℃，不用多想，他肯定像進了一個焚化爐一樣被活活燒死，但是我們不妨討論下他的死亡過程，比如掉進熔巖中時，是會像《魔戒》里咕嚕那樣沉下去？還是會浮在熔巖表面？

熔巖是熔化的巖石，它跟普通液體非常不一樣。首先，它的密度非常高，是水和人體密度的兩三倍。更重要的是，它還比水粘稠幾千到幾百萬倍。所以，當一個人掉到這么高密度和大流動阻力的巖漿里，一般情況下，他會浮在巖漿表面，身體迅速起火，直至化為灰燼。

不過在2002年，德國研究人員曾做了一個實驗，將裝有剩飯剩菜和其他有機物質(zhì)的30千克的袋子，扔到埃塞俄比亞爾塔阿雷火山的熔巖湖，用來模擬相同體重的人掉下去會發(fā)生什么。結(jié)果表明，當袋子從80米高空墜下后，在熔巖湖表面的熔巖殼上撞出了一個洞口，最終燃燒著的袋子徑直沉入了熔巖池里。之所以能進入熔巖內(nèi)部，是由于袋子燃燒起來后，產(chǎn)生的蒸汽觸發(fā)了熔巖，熔巖從中噴涌而出，使得洞口變大。這就說明掉入熔巖的人也可能會穿透表層的熔巖殼，并淹沒在滾燙的熔巖中。

淹沒在滾燙的巖漿中的經(jīng)歷，似乎比浮在巖漿表面更為恐怖。不過，不用太害怕，在接觸到巖漿前，你可能已經(jīng)死亡。因為火山的內(nèi)部是一個封閉的空間，熱量不會散得很快，輻射熱會非常高，在你掉落到巖漿中前，你的肺可能因為熱空氣而碳化，也可能全身已經(jīng)燃燒起來。即便你穿著隔熱服躲過了這層層劫難，也許會因為高速撞擊濃稠的巖漿，頭骨或脖子斷裂而死。

假如地球人都是牛頓

變得更聰明，是許多人的夢想?，F(xiàn)在神經(jīng)學(xué)家弄明白了基因網(wǎng)絡(luò)決定著一個人的智商高低，理論上來說，編輯基因可以提高人類的智力。那么，如果人類比現(xiàn)在聰明兩倍，會怎樣？

現(xiàn)在全人類的智商平均數(shù)是100，為簡單起見，我們不妨假設(shè)人類變聰明兩倍，指的是智商平均分數(shù)翻了一倍，達到了200分。按照概率計算，智商200以上的人，100億人中才會有一個，現(xiàn)在世界人口只有約70億，所以，今天這樣的超級天才并不存在。不過，一些科學(xué)家認為，17世紀偉大的科學(xué)家牛頓，智商可能達到了200分。所以我們不妨以牛頓為原型，如果我們都是牛頓，世界是否會變得比今天更好？

從個人的角度來看，智商高無疑是非常有利的。最明顯的效果是學(xué)習(xí)能力的顯著提高，我們將在幾個星期內(nèi)就能掌握一種新的語言，或者只用幾周時間，就可以成為一個腦外科醫(yī)生。14歲的本科生和18歲的博士生將非常常見，一個16歲的人成為出色的外交家也很有可能。這時，我們每個人都可以在最短的時間內(nèi)創(chuàng)造比現(xiàn)在人更多的知識和財富，可以憑著自己的興趣去做自己想做的事情，而不用擔心會不會因為自己太笨，沒有能力完成。

聰明的人也會更健康更長壽，因為他們知道行為與一些疾病的關(guān)聯(lián)性關(guān)系，比如一些慢性疾病正是因為人們平時脂肪、糖分攝取量過高，高智商人群憑借著更高的認知能力，能避免不健康的生活方式。

不過，另一方面，雖然人們喜歡將社會問題歸咎到人類的無知和愚蠢，但沒有笨蛋，社會的福祉可能也不會大幅度提高。一個原因是智商與人格、情商并不相同，即便每個人IQ達到了200，也會像現(xiàn)在社會一樣，每個人擁有各種各樣的人格。當精神病態(tài)和暴力犯罪者這些瘋狂的人擁有高智商時，無疑是非常危險的。

另一方面，雖然像斗毆、搶劫這樣的低級犯罪案件數(shù)量會下降，但犯罪分子們會比以往更聰明，像銀行詐騙、賣有毒藥品的白領(lǐng)犯罪案件會增加，并且案件變得更加復(fù)雜，而這種類型犯罪造成的財政損失遠遠大于低級犯罪所造成的。

不過，雖然這些高智商人群將會令社會管理者很頭疼，但警察和政府管理者也會比現(xiàn)在更聰明。而且，70億個大腦運行能力超凡的牛頓，將會發(fā)明更多的新技術(shù)，解決目前人類無法解決的問題，我們也許會知道如何有效地將海水淡化，或者找到一個可以無限使用的替代能源。由于這些突破性的技術(shù)將可能會創(chuàng)造出更多的財富，產(chǎn)生更多的社會資源，可能會有助于減少社會沖突。

給你一個杠桿，能否撬動地球？

阿基米德說“給我一個支點，我可以撬起地球?！睂嶋H上，地球質(zhì)量很大，人的質(zhì)量相對微小，因此如果站在地球上，人是不可能翹起地球的。不過，如果站在宇宙內(nèi)，還是非常有可能的。

這句話所蘊含的的實際上是杠桿原理：二重物平衡時，它們離支點的距離與重量成反比。用公式表示就是：動力×動力臂=阻力×阻力臂?，F(xiàn)在，我們不妨繼續(xù)假設(shè)，假如你站在太空，持著一根長桿，然后你想憑借著自己的力量，讓地球這個行星的位置改變。在什么樣的情況下，會如你所愿呢？

根據(jù)杠桿原理，假如支點位于長桿的中心，這時動力臂長度跟阻力臂相等，要想撬動地球，你施加的動力就得跟地球一樣重，達到約6X1024千克的力，這無疑是非常困難的。所以，如果你想要最少的力氣，就能撬動地球，我們就得將支點移動得離重的物體更近。在生活中，這樣的例子很多，比如如果推一個旋轉(zhuǎn)門，你如果伸長了胳膊去推，就會發(fā)現(xiàn)更容易推動，手貼著門推反而更費力。

一個人大概可以施加75千克力到長桿的一端，另一方面，地球能施加6×1024千克的力，動力臂與阻力臂之比是8x1022，因此，為了達到平衡，假設(shè)我們的地球離支點有1米遠，那么，你就得站在離支點8x1022米遠處。

現(xiàn)在我們知道了撬動地球的杠桿的動力臂與阻力臂的長度，那么，如果我們要讓地球移動，又該怎么做？為了得出計算結(jié)果，我們將得使用一些相似三角形原理，并適當?shù)刈龀鲂┘僭O(shè)，比如不會受到亞原子的影響。結(jié)果表明，如果要想讓地球移動一個微米的距離，站在長桿另一端的人類得使長桿偏離大概7.99x1013千米的距離，以人類的行走速度，這將會花費一個人1000年的時間。

那么，長桿又得多重呢？經(jīng)過一系列復(fù)雜的計算后，結(jié)果表明，當一個長桿長約8x1022米時，它的質(zhì)量得達到1.24x1024千克，差不多是月球質(zhì)量的17倍。以這樣的質(zhì)量水平，杠桿可能會被周圍的星系吸進去，或者很可能會彎曲。移動長桿，就如同孫悟空在大海里攪動一根“金箍棒”，可能使得它與其他行星或地球碰撞，擾亂恒星里的物質(zhì)，甚至?xí)?chuàng)造新的恒星物質(zhì)。

此外，還會發(fā)生一個更有趣的現(xiàn)象?，F(xiàn)在人們預(yù)測的中子星的質(zhì)量密度是每立方米4×1017千克，而當我們撬動地球時，支點的壓力會非常大，以至于可能會導(dǎo)致質(zhì)子和電子的結(jié)合，所有的中子擠在一起，又會創(chuàng)造出一個中子星。中子星吸集伴星質(zhì)量，達到史瓦西半徑，或者兩顆中子星，在引力能輻射中損失能量而靠近，合并后達到史瓦西半徑（任何具有質(zhì)量的物質(zhì)都存在的一個臨界半徑特征值），最終會誘發(fā)黑洞的形成。

所以說，雖然能否撬動地球這一問題很簡單，只是需要計算一下各自的重量和動力臂與阻力臂的長短，但是真正實踐起來，不僅異常復(fù)雜，最終形成黑洞這一結(jié)果也可能讓我們大吃一驚。

如果每個人都跳起來

一個人撬動地球太麻煩，都說人多力量大，地球上大約有70億人，總質(zhì)量約為3630億千克，如果地球上所有的人同時跳起來，地球能否被跳出一個坑，或者軌道被改變呢？

答案可能會讓你失望，因為什么都不會發(fā)生。這是因為地球是球體，人們的質(zhì)量可以看作是均勻分布的，如果每個人在各自站的地方同時跳起來，他們所施加的力會相互抵消，導(dǎo)致在地球上的合力為零。

為了避免出現(xiàn)上述可能會讓你失望的情形，我們不妨假設(shè)70億人擠在同一個地方，然后同時間跳起來，這樣可以產(chǎn)生更大的振動力量，因為共振現(xiàn)象更容易發(fā)生。

美國路易斯安那州東南大學(xué)的物理學(xué)家做了一番簡單的計算。為了簡單起見，他假設(shè)每個人平均跳30厘米，我們都是在完全相同的點跳起來。計算表明，這一跳躍會產(chǎn)生一個反沖速度，將地球推動一個很小的距離。也就是說，在一秒鐘內(nèi)，地球?qū)⒁苿哟蟾艈蝹€氫原子半徑的百分之一的距離，這點距離微不足道，地球幾乎是沒有任何變化的。不過，如果70億人能一直持續(xù)地跳起來，是否地球會保持這一速度挪動，最終我們可以改變地球軌道呢？

現(xiàn)在你不妨想象由彈簧連接著的兩個質(zhì)量不同的物體，如果你把兩個物體分開，然后松開，彈簧的拉力又會將二者拉回到一起，更小的質(zhì)量移動得比更大的快，但二者都會移動回原點。地球和人就是這兩個質(zhì)量不同的物體，而重力就相當于彈簧，當我們落下后，地球和我們都會回到原點。

不過，我們也會鬧出一些不小的動靜。比如會產(chǎn)生出至少200分貝的聲音，足夠讓每個人的耳膜震碎。同時，還會引發(fā)4～8級的地震，以及超過100米高的海嘯。除此以外，地球會像之前那樣運行，就像什么都沒有發(fā)生。