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举个栗子:“雪国列车”在现实中能造出来吗?

日报 举个栗子 2年前 (2017-12-31) 337次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:“雪国列车”在现实中能造出来吗?

雪国列车》是根据法国同名科幻漫画改编, 由韩国著名导演奉俊昊执导的科幻电影,讲述了这样一个故事:

2014 年 7 月,为应对全球气候变暖,世界各国采取联合行动,向大气层中喷洒一种人工制冷剂。结果,制冷剂失去控制,造成全球气温骤降,冰河期提前降临地球,数十亿人在极短的时间里死亡,只有少数人登上超级列车,成为幸存者。

举个栗子:“雪国列车”在现实中能造出来吗?

超级列车是现代工业的奇迹。它的创建者维尔福自小喜欢列车,早早地就立下宏愿,要永远住在列车上。长大后,拥有亿万家产的维尔福全力以赴实现自己的梦想,将世界各地的铁轨连接为一体,最终形成环绕地球的超级铁路网,并建造了由永动机驱动的长达 101 节的超级列车。谁知道,他的个人梦想竟然成为人类最后的避难所。

在电影中,超级列车绕着被冰雪覆盖的地球不停地行驶,一直行驶了 17 年,行驶到了故事发生的 2031 年。那么,这样的超级列车在现有技术条件下能够制造出来吗?

制造有 101 节车厢的列车不成问题

先来看超级列车本身。漫画原著中的列车有 1 001 节车厢,导演改编时认为那过于夸张,改成了 101 节。那么,人类能够制造有 101 节车厢的列车吗?答案是肯定。

这里需要先普及一个知识。列车有客货之分, 两者的运输要求区别很大。一般而言,客车挂 18~20 节车厢,货车挂 50~60 节车厢,但总有些地方会有更高的追求。

在我国的大秦线(山西大同-河北秦皇岛)运煤专线上运行的重载列车,一次能运载 20 000 吨的煤炭。它最前面是一台 SS4G 机车,紧跟着 102 辆 C80 货车, 然后是两台 SS4G 机车, 后面再跟着 102 辆 C80 货车,最后还有一台 SS4G 机车,总计就是 4 台机车牵引 204 辆货车,总长接近 2 600 米。

看到这个数字,你很惊讶吧?让你更惊讶的还在后面, 2014 年 4 月 2 日,大秦铁路又试运行了 30 000 吨的重载列车,列车由 4 台“和谐” 号 HXD1 大功率交流传动电力机车牵引,总编组达 320 辆, 列车总长 3 971 米。这让中国成为了世界上仅有的几个掌握 30 000 吨铁路重载技术的国家之一。

然而,大秦线上的运煤重载列车并不是世界最长的列车。

2001 年 6 月 22 日,在澳大利亚西部的皮尔巴拉地区,开始运行由美国 GE 公司为澳大利亚 BHP 铁矿公司研制的超级列车。这种世界上最长的列车由 8 台机车牵引 682 辆货车组成,长 7 353 米,能装载 82 000 吨铁矿石。因为拉得太多太重,速度就不够快了,275 千米的行程要用 10 个多小时才能完成,和骑自行车差不多。

举个栗子:“雪国列车”在现实中能造出来吗?

这样看来, 制造 101 节的列车——即便不是货运而是客运——应该是轻而易举的事情。

比尔·盖茨倾家荡产也修不起环球铁路

第二个问题,电影里说, 为了能够使超级列车不停地运行下去,维尔福建造了长 438 000 千米的环球铁路,将几大洲的陆地连接为一个整体。那么,现实里这有可能吗?这回的答案就有些遗憾了。

举个栗子:“雪国列车”在现实中能造出来吗?

亚欧大陆是一个整块,好办;非洲好歹也有一小部分与亚欧大陆相连,但美洲呢?亚欧大陆与北美洲隔着一个白令海峡,不管是修跨海大桥,还是挖海底隧道,工程难度都非常高。如果不考虑技术问题, 就需要考虑资金问题了。

修建 1 千米铁路需要多少钱呢? 这个主要看(1) 在哪里修?平原和大山的费用肯定不一样,铺设铁轨的花费差不多,但架桥和打隧道的费用特别高,更不要说在青藏高原那样的极端环境;(2)设计时速多少?时速 100 多千米的普通铁路,跟时速 350 千米的高速铁路要求不同,费用自然不同。根据一些公开的资料,最贵的铁路 1 千米要 1 亿元(人民币)。我们这里减半,做一个粗略计算,修 1 千米要 5 000 万,那么修建 438 000 千米的铁路需要 21 900 000 000 000 元(自己数数有多少个零),省写就是 21.9 万亿元。2014 年的世界首富比尔·盖茨拥有 0.41 万亿元,离建成环球铁路所需的钱还差得很远。看来,那维尔福可比盖茨富裕得多。

全新建设的话难度很大, 那么可不可以将现有铁路改建呢?

现在,全世界正在使用的铁路里程超过 100 万千米,问题是,目前各个国家的铁路其实是建设于不同时期,标准差距很大,单是轨距就有 30 多种标准。比如,我国采用 1 435 毫米的国际标准轨距,而前苏联采用 1 524 毫米轨距的“宽轨”, 因此,过往的列车需要采取换轮的方式,将车厢吊装至各自轨距的车轮上进行转换。这样一来,改建现有铁路的成本也不比新建铁路少多少。

驱动火车的永动机也不可能造出来

既然技术不是问题,资金也可以忽略不计,我们先假设维尔福的超级列车和环球铁路都能够建成,但他还差最关键的东西, 那就是驱动超级列车前行的动力机车。电影中称之为永动机。那么,什么叫永动机呢?

历史上有不少人希望设计一种机器,这种机器不消耗任何能量,却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。

永动机的想法起源于印度, 公元 1 200 年前后, 这种思想从印度传到了伊斯兰教世界,并从这里传到了西方。伟大的艺术家、科学家和工程师达· 芬奇, 也曾投入了永动机的研究工作,但没有成功。1475 年,达·芬奇认真总结了历史上的和自己的失败教训, 得出了一个重要结论:“永动机是不可能造成的。”在工作中他还认识到,机器之所以不能永动下去,应与摩擦有关。于是,他对摩擦进行了深入而有成效的研究。

17 世纪和 18 世纪时期,人们又提出过各种永动机设计方案, 有采用“螺旋汲水器” 的,有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的,也有利用同性磁极之间排斥作用的。但是,所有这些方案都以失败告终,无一例外。

举个栗子:“雪国列车”在现实中能造出来吗?

进入 19 世纪,随着对热力学的研究,科学家们认识到: 永动机是造不出来的,因为它违反了最基本的自然规律。

历史上,关于永动机的骗局层出不穷。时至今日,依然有人声称利用某种不可知的原理制造出了永动机, 无一例外,都是骗局。当然,电影中所说的,能够驱使超级列车一直在环球铁路上行驶的永动机也是不可能造出来的。

在电影《雪国列车》中, 超级列车更多的时候是作为社会阶层分化的象征。原本在列车上的富人们成为特权阶级住在头等舱,花天酒地,还组建军队镇压车尾的贫民。住在车尾的人大多是灾难发生时涌进列车的,现在他们生活在拥挤、肮脏与嘈杂的环境里,每天吃着没滋没味的蛋白块,聊以维持生命。

贫富悬殊令车尾的贫民起来革命,在领袖柯蒂斯的带领下, 他们开始了向车头的进军……他们不知道,最为残酷的真相和结局在等待着他们。

(作者:萧星寒;来自《科学大众》)


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