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举个栗子:【奇思妙想】跑得最远的东西是什么?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-17) 354次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:【奇思妙想】跑得最远的东西是什么?

【“奇思妙想”是什么?】

奇思妙想”是知道君为大家带来的全新互动子栏目!

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宇宙飞船的飞行速度,要比离心机快多了(当然有几个例外,下文有说到)。宇宙飞船的速度以“公里/秒”为单位,而且保持匀速。而人造机械很少能有超过“几百米/秒”这个量级的速度。也就是说,地上的机器,那是脱了鞋也追不上宇宙飞船的。

但要给出精确的答案,得看我们采的是什么样的参照系。我们下面分别来看一下不同的情况:

【以太阳为参照】

刚冲出太阳系的旅行者一号,现在是太阳系中跑得最慢的东西之一[注 1],它的平均速度只有 16 公里/秒,这只有地球绕着太阳运行的速度的一半。

能飞出太阳系的旅行者一号,居然跑得比被太阳拴住的地球还慢,似乎从直觉上说不通。但换个说法你就好懂一些,想象太阳系是个巨大的漩涡,所有太阳系的行星都是漩涡里打转的小球。旅行者一号(部分是依靠这些行星的反作用力)以正好能横穿漩涡的速度离开了太阳系,并且现在正稳定地航行在平静的水面上。[注 2]

换句话说呢,以太阳为参照系,地球上每一辆 1977 年款普利茅斯捷龙(Plymouth Voyager)旅行厢车走过的路程,都要比旅行者一号远。

举个栗子:【奇思妙想】跑得最远的东西是什么?

在这个参照系下,移动最远的人造物体根本不是太空飞船,而是所有地球上的人造物——绕着太阳跑过了最远的距离。而已知最早的人造物是两百六十万年前,在埃塞俄比亚发现的石器,绕太阳走过了 250 光年。

比起来,移动距离最远的空间探测器(应该是已经坏掉的水手 10 号,它绕行太阳一周得用几十年时间)只走出了几个“光日”,而旅行者一号只爬了十几个“光时”。

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【以地球中心为参照】

如果这么算,冠军还是埃塞俄比亚的那块石器,它产于赤道附近,所以以 460 米/秒的速度飞奔了几百万年,里程表上的读数高达 4 个光年。

【以地球的地皮为参照】

要这么玩的话,埃塞俄比亚石器的里程表瞬间归零。但这也让那些远离地球的太空飞行器一脸尴尬,因为它们的速度等于地球的自转,但这无碍于旅行者一号重登榜首,自 1958 年入轨以来,它跑完了 88.88 亿公里的旅程。

正常速度,不包括各种奇葩宇宙飞行器或者地球自转之类的东西……

首先,我们考虑地球上那些能沿直线运动的东西。这类东西还真不少,比如那辆 1966 年产的 Volvo,已经跑了 3 百万英里(1 英里=1609.344 米)。再比如那些长途客机,但在这个条件下,第一名是人类自己。

美国联合航空公司的乘务员 Ron Akana 在 63 年的服务生涯里,已经完成了 2000 万英里的旅途,这可能是所有人类历史上有过的最高纪录;就算是从蒸汽轮船时代开始的水手也很难在一生中航行到这个距离。当然和宇航员是没法比的,比如太坑人 Valeri Polyakov(连续在宇宙中滞留时间最长的记录是俄罗斯人瓦莱里·波利亚科夫(Valeri Polyakov)在 95 年创造的 438 天。)在轨道上待了 1 年多,累计里程要比 Ron Akana 多上 10 倍不止。另外你可能还会纠缠“人”算不算“人造品”……首先,你确实是被两个人“造”出来的,其次,这些人身上总会带着些人造物,报道说 Ron Akana 结过婚,戴个结婚戒指啥的也很正常。

或许有些火车车厢——或者火车上的任何东西——都已经跑了不短的路,但基本上没有什么交通工具能跑满 1000 万英里。

但是那些绕圈跑的东西就难说了。

我们从硬盘盘片开始。一块 3.5 英寸,7200 转的普通机械硬盘的旋转速度是 80 英里/小时。硬盘寿命是有限的,特别是连续工作的硬盘的边缘——但也很难想象它在们死前能跑满几百万英里。

在工业领域有不少可能的选手。涡轮风力发电机的叶片顶端跑得比汽车快,而且它们能连续运行几十年。哪怕风力不稳定,它们也应该跑了几千万英里。

在飞轮储能装置里的飞轮,要比涡轮的能耐大多了。这种储能用的飞轮,一般都是在真空中高速旋转的,设计初衷就是要以超过 1 马赫的速度连续旋转几十年。那么这样一片飞轮所能累计的里程,可以达到 9 位数(1 亿英里)。

高速离心机的边缘,特别是那些用来从事铀浓缩活动的离心机,可以转得更快——事实上,它们已经达到了物质所能旋转的速度极限。

是的,对于任何物质来说,都有一个不至于把自己甩成碎片的速度的极限。对于像碳纤维或者凯夫拉这类强度很高的物质,能承受的边缘最高转速是 1~2 公里/秒注 8,所以如果我们假设这种高端设备最早也是在半个世纪之前诞生的,那么它们所飞过的路程超过 10 亿英里——不过实际数字可能比这个要低。这就是为什么在铀浓缩活动需要钛合金制作的离心机;因为分离铀需要很高的速度,只有少数几种物质能承受住这种速度而不碎裂。

言而总之,铀浓缩离心机似乎稳操胜券,它这辈子跑完的里程数应该能挺进上亿英里大关。

到底有多快?

所以,至今为止,工作中的离心机到底已经跑了多少距离?

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我也不知道。

按常理来说,老子不会就此罢休。不过,如果草民我能知道那些核大国的实验室里是怎么摆弄这些牛逼离心机的,估计我也不可能坐在这里和你们扯淡了。

举个栗子:【奇思妙想】跑得最远的东西是什么?

从各方面资料来看,至今任何一台离心机的旋转里程都远远低于其他人造物体,包括(在各种参照系下)埃塞俄比亚石器、国际空间站、水手 10 号和旅行者一号。

如果按照“每 3000 英里必须换一次机油”的说法,我们的旅行者号已经错过了几百万次保养了。

举个栗子:【奇思妙想】跑得最远的东西是什么?

或许,这才是本次节目唯一让能大家了解它们更多一点的地方。

[注 1]:最慢的是伽利略号探测器,它在世界时 1996 年 9 月 6 日 10:57 分的时候,伽利略号与太阳的相对速度降到 276 米/秒(618 英里/小时),使其成为太阳系历史上移动速度最慢的人造物体。

[注 2]:旅行者一号将继续溜溜达达,除非我们把它给弄回来(http://what-if.xkcd.com/38/)

(via xkcd)


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