人類最高能蓋出多高的樓

嚴(yán)伯鈞

截至2020年，世界上最高的樓是迪拜的哈利法塔，高達(dá)828米，直入云霄。樓底的人看到太陽(yáng)落山時(shí)，對(duì)于樓上的人來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)卻未落山。

理論上人類能蓋出最高的樓是多高？這個(gè)問(wèn)題其實(shí)定義不清，因?yàn)樵瓌t上只要樓的地基夠大，就能蓋到任意高度。譬如，日本人曾經(jīng)就策劃過(guò)一個(gè)叫“X-Seed4000”的項(xiàng)目，高達(dá)4000米，這已經(jīng)不是高樓，而是座城市了，能住下100萬(wàn)人。它的形狀跟富士山差不多，預(yù)計(jì)耗資2000億美元，但現(xiàn)在這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)被放棄了。只要地基夠大，就能蓋得非常高，想超過(guò)珠穆朗瑪峰都沒(méi)問(wèn)題，因?yàn)樯w樓要考慮的主要是底下承受的壓力，并且建筑形狀如果是下寬上窄，也不太擔(dān)心大風(fēng)吹來(lái)造成的側(cè)推力。

但如果要造一座高出大氣層的樓，光靠地基大就不行了，因?yàn)榈厍蛴凶赞D(zhuǎn)。當(dāng)樓很高的時(shí)候，從全地球的尺度上來(lái)看，隨著高度的增加，樓頂?shù)男D(zhuǎn)速度越來(lái)越快，如此大樓受到遠(yuǎn)離地表的離心力會(huì)變得非常大。也就是當(dāng)樓高到一定程度，它受到的重力與離心力的合力方向便會(huì)向上。當(dāng)然，我們?cè)诟咧械臅r(shí)候，老師會(huì)說(shuō)，只有向心力，沒(méi)有離心力。離心力不是一個(gè)真實(shí)的力，而是在一個(gè)非慣性參考系中，為了使牛頓定律成立，人為地加上去的一個(gè)慣性力。樓越高，離心力就越大，所以當(dāng)樓高到一定程度，其實(shí)連地基都不需要了，離心力會(huì)跟樓的重力平衡，樓就可以飄浮在半空。當(dāng)樓的重心在同步衛(wèi)星軌道那個(gè)位置時(shí)，樓就可以直接在地面上飄浮。同步軌道衛(wèi)星的位置大約是離地心35000千米的位置，所以這樣飄浮的大樓，大約可以蓋到6萬(wàn)千米高，約為地球半徑的9倍。 如果要造得更高，地基要承受的不是壓力，而是向上的拉力。問(wèn)題來(lái)了，目前地球上沒(méi)有那么大強(qiáng)度的材料可以承受住這種張力，但碳納米管也許可以做到。

碳納米管是一種納米材料，把碳原子按六邊形的蜂窩狀排列，然后再把它卷起來(lái)，它的強(qiáng)度是鋼的100倍，但是密度卻只有鋼的1/16，是一種極有前景的材料。但如果樓高到10萬(wàn)千米，估計(jì)碳納米管也承受不住了，這棟樓就只能飛到太空里去了。

其實(shí)前面說(shuō)到的幾萬(wàn)千米高的樓已經(jīng)不是樓了，而是科幻小說(shuō)中的一個(gè)概念，叫作“太空電梯”。很多人可能要問(wèn)，建一個(gè)6000萬(wàn)米高的太空電梯有什么用？我們要用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光來(lái)算算這筆賬。人類現(xiàn)在的宇航技術(shù)把1000克的東西發(fā)到太空里的成本大概是20多萬(wàn)人民幣，但如果太空電梯建成了，該成本會(huì)降到1000元。換句話說(shuō)，要是誰(shuí)先做出太空電梯，從成本優(yōu)勢(shì)上來(lái)說(shuō)，地球周圍的太空基本就全都是他的了。根據(jù)國(guó)際法，海拔100千米以上的太空區(qū)域是先到先得，別以為太空電梯是個(gè)純粹的科幻概念，它還是有長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義的。

（夏之炎摘自北京聯(lián)合出版公司《了不起的物理》）