这已经不是脑洞了,因为刘慈欣的科幻小说《地球大炮》和好莱坞大片《全面回忆2》中都有涉及,而且在文中和剧中处在主角光环之下,当然在文中和剧中,使用的都是交通工具穿越这条隧道,但假如跳进去的是一个自由落体,不受任何控制的人,那完全就不一样了!
这条隧道造在哪里比较好?
科幻小说《地球大炮》中的是贯通南北极,穿越地心的隧道。好莱坞大片《全面回忆2》中则是南美到英国之间的隧道,两个都有优缺点,我们来简单分析下!
透过地心贯通南北极《地球大炮》出口两头就是北极和南极的地轴中心,此处终年冰雪,极度寒冷,大都时候不是南极是极夜就是北极是极夜,从交通方面来看这条隧道是不可取的,但地球大炮的功能并不是交通,因此这在《地球大炮》中的交通问题可以忽略不计。
《全面回忆2》被摧毁的隧道出口
《全面回忆2》中的隧道这是与地轴有一个倾角,因为它贯通的是南美和英国之间,目的是交通,从理论上说地球表面最短的是测地线,但直接贯通球体上两点的隧道很明显是最短的,相当于走了捷径。
那么从隧道中的交通工具上下转换成人体自由落体时,该选择哪种隧道呢?
毫无疑问是贯通地轴南北极《地球大炮》中的隧道。
理由很简单,因为地球自转会产生科氏力,如果不和地轴重合的话,人体在自由落体过程中很快就会碰撞内壁,至于会不会被撞死这得看人体下落过程中的保护措施如何了,如果是无保护,那么碰撞内壁致死已经很人道了!因为越往下温度越高,最终在地心超过5500摄氏度,而人体长时间承受的温度估计不超过60摄氏度!
但从南北极隧道往下跳真的就会从另一头出来吗?未必,因为除开地球自转以外,它还受到了公转的“离心力”效应,因此南北极隧道只是推迟了“碰壁”这种情况的发生,但无法避免!
人体在隧道中的运动方式
最理想的状态是,比如忽略地球自转和公转的离心力,忽略大气产生的阻力,忽略能量损失,那么人体会在这条隧道中上下往复直线运动,一直到地球毁灭!或者受到空气阻力因素,最终将停留在地心!但事实上会受到多种因素影响,上文中提及科氏力和“离心力”的影响,在这里我们详细说明下。
地球自转形成的科氏力
这个有一个非常简单的实验即可了解,我们中学就了解的傅科摆,它的运动行为可以很好的解释地球自转引起的运动。
假如地球不自转,那么傅科摆的摆动会严格回到一条直线上,即来回摆动的水滴轨迹就是一条线来回,但地球在自转,干扰了这个轨迹,它会因为纬度的不同而相应改变,纬度越高时转动速度越快,而在低纬度和赤道上的摆几乎不转动。
因此不在地球自转轴上地球自由裸体运动时,很快就会受到科氏力的作用而撞击到侧壁上,在继续往下,科氏力的作用就不明显了,因为撞击产生改变运动方向更明显,结果就是翻滚着不断撞击内壁,至于这个人什么时候会因为撞击喊声致命伤害我们就很难确定了,因为不久后高温也将吞噬他。
公转形成“离心力”
如果地轴南北极的隧道,科氏力将不需要考虑,但需要考虑“离心力”,地球在换太阳轨道上自转的同时也在公转,相对于自转的线速度约465米/秒,公转速度则高达30千米/秒左右,这个速度是人类的飞船都难以企及的速度,因此它产生的离心力足以对抗太阳对它的引力。因此假设人体从北极掉往地心时,途中即会受到离心力的作用而逐渐碰撞内壁,但我们可以相信这个比科氏力要不明显,因为地球公转轨道半径是1.5亿千米!
地球内核在公转离心力的条件下偏移,但各位不用担心地核从哪个区域被甩出来,因为公转的的同时地球也在自转,因此黄道平面与地球切面出任何位置机会均等。不过“离心”力还不够大哈!
地球自转轴与黄道面有个角度,也就是地球自转轴倾角,因此这个“离心力"的角度还不合南北隧道垂直,而是相差一个地轴自转轴倾角,也就是23.5度!
南北极往下掉,这个碰壁事件会晚一点发生,但绝对会发生!
我们能制造这条隧道吗?
事实上要制造这条隧道很难,高温是第一影响,从地面到地心是一个温度逐渐增加的过程,引力坍缩能就是这个能量来源之一,而放射性衰变则是第二,两者双重作用下,地心的温度高达5500摄氏度以上,而地球上最耐高温的材料也不过4000摄氏度而已。
第二个影响则是地球内核的流动,比如地球磁场就来自于内核的流动,我们地球上的山脉的原动力就来自于板块运动,而板块则依附于地幔之上,而地幔的运动带动了这些板块运动。整个流程串起来你会发现这个没有任何强度的材料不会被这个运动所破坏。因为它是在是太强大了!
第三个问题则是如何穿过地核,我们先忽略此处高温,因为高压内核的材料密度是水的11倍左右,普通岩石的4倍,这里的材料比钢铁还坚硬,但却是可流动的,换句话说它的材料性质可能和钛合金很像,如果切割它非常有可能切不断,是撕裂的,这种材料加工是个大问题,钛合金就是这样!当然激光切割也许没那么麻烦!
但事实上我们向地心挖地道本事从上世纪九十年代后就没见长,科拉深钻孔的12262米深的记录保持了很久,当然后来库页岛的一口油井超过了它的记录,但也极其有限,不过13千米左右!地球直径大约12700千米,不过千分之一而已,看谁有能力吹个牛,来挖穿地球?