能否挖穿地球

Ethan Siegel

在世界各地偶爾會(huì)出現(xiàn)一類(lèi)叫作“無(wú)底洞”的景點(diǎn)，它們看似深不見(jiàn)底，其實(shí)這樣的洞穴往往向下幾十米就觸底了 。就算確實(shí)有很深的洞穴存在，也沒(méi)有一個(gè)算得上真正意義的“無(wú)底” 。

我們不妨設(shè)想一下，人類(lèi)可以自己動(dòng)手挖一條真正的無(wú)底洞嗎？它會(huì)是什么樣的呢？

能否挖穿地球？

在人力和物力充足的條件下，人類(lèi)能手工挖掘一條無(wú)底洞穴嗎？這個(gè)想法顯然太天真了 。

要知道，在地殼之下，越靠近地球中心，溫度和壓力會(huì)變得越來(lái)越高。地球的內(nèi)核具有高放射性，溫度超過(guò)了2200℃，這樣的溫度幾乎可以熔化、煮沸或升華世界上已知的任何材料。

如果一定要找出某種特殊材料，足以建造一條能直穿地心而不怕被熔解的圓柱形軸管，那么石墨烯可能會(huì)是一個(gè)很好的候選者。石墨烯是一種特殊形式的碳結(jié)合體，它比鉆石更堅(jiān)不可摧，能以碳納米管的形式產(chǎn)生，而碳納米管本身的內(nèi)部是空心的。這就意味著，石墨烯納米管不但可以用來(lái)構(gòu)建無(wú)底洞的墻壁，還可以注入超冷液體（如液氦），在墻壁內(nèi)部循環(huán)，實(shí)現(xiàn)冷卻，防止地心溫度熔化墻壁。

有了石墨烯納米管構(gòu)建的穩(wěn)定無(wú)底洞隧道，那么跳入其中，迎接你的將是一段超過(guò)12000公里的超遠(yuǎn)旅行。只不過(guò)，就算你膽大包天，若你像跳傘一樣往洞中縱身一躍的話，無(wú)論是否備有降落傘，你都不會(huì)在這段旅途中走太遠(yuǎn)。

在地球地表附近，當(dāng)行星轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，大氣跟隨人和地面的所有物體以每小時(shí)1000公里的速度一起移動(dòng)，并根據(jù)所在緯度而變化。但隨著遠(yuǎn)離地面并深入地球內(nèi)部，你會(huì)發(fā)現(xiàn)地面的移動(dòng)速度實(shí)在太快。整個(gè)地球以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，但就像一個(gè)圓形轉(zhuǎn)盤(pán)，內(nèi)部部件的線速度低于外部部件，這意味著，從地表掉進(jìn)無(wú)底洞，將不可避免地撞到圓柱形無(wú)底洞管道的墻壁上。

但我們只需找對(duì)挖洞的那個(gè)點(diǎn)，就可以避免以上意外的發(fā)生——從北極極點(diǎn)開(kāi)挖，直接沿著地球的旋轉(zhuǎn)軸來(lái)建立無(wú)底洞管道，而洞另一邊的那個(gè)出口，無(wú)疑便是南極極點(diǎn)。

這樣一來(lái)，地球表面和內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)速度差將徹底消失，一條完美的直線通道，將貫穿整個(gè)地球！

跳進(jìn)無(wú)底洞會(huì)發(fā)生什么？

由于空氣阻力，你將需要20至24小時(shí)的墜落，才能度過(guò)6400公里的漫長(zhǎng)旅程，到達(dá)地球中心，此時(shí)你的跌落速度將降至每小時(shí)48公里，幾乎是蝸速飛行。再過(guò)幾分鐘，你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己停止了跌落，原來(lái)，你被重力困在了地球中心。

難道就這樣放棄了嗎？科學(xué)家可不愿意面對(duì)這個(gè)現(xiàn)實(shí)，他們將進(jìn)行再一次的修改，來(lái)解決這一物理難題。

根據(jù)理論推測(cè)，只需把無(wú)底洞里的空氣100%排出，使這一沿著旋轉(zhuǎn)軸對(duì)穿地球的無(wú)底洞管道內(nèi)部變?yōu)檎婵?，那么墜入其中的人將不?huì)受到空氣阻力的影響，最終限制其速度的因素只由萬(wàn)有引力定義。這樣一來(lái)，跳入真空無(wú)底洞后我們將不斷加速度下墜，到達(dá)地球中心時(shí)最大速度將超過(guò)11000米每秒，也就是約40000公里每小時(shí)！在如此驚人的速度下，我們從地表下墜通過(guò)真空管道抵達(dá)地心，只需約22分鐘，此外由于沒(méi)有了空氣阻力，我們也不會(huì)面臨能量的損失。

隨后，我們將逐漸遠(yuǎn)離地心，穿過(guò)地球的各層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，往地球另一邊的地表移動(dòng)。此時(shí)，移動(dòng)速度也會(huì)不斷降低，直到從南極極點(diǎn)的洞口穿出地殼。之后，我們將立即踏上回程的路。從一開(kāi)始的“北極極點(diǎn)之越”，到重新回到北極極點(diǎn)，這一往返旅程的時(shí)間大概是一個(gè)半小時(shí)。

在條件最理想的前提下，從北極點(diǎn)跳入沿地球旋轉(zhuǎn)軸而建的管道穿越地心抵達(dá)南極點(diǎn)，又立即返回到北極點(diǎn)，所需時(shí)間為90分鐘左右，大致與國(guó)際空間站繞地球軌道運(yùn)行一圈的時(shí)間相同。當(dāng)然，要體驗(yàn)這樣的旅程，還得記得帶上氧氣供應(yīng)設(shè)備，穿上防輻射服！

由此可見(jiàn)，想要挖穿地球，并從內(nèi)部橫穿地球，真是不容易呢，至少以目前的科技水平是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，但好在我們還有理想。