未知之地的物理学

刘洋
人类对高楼真是有一种根植于心底的情结。从《圣经》里的巴比伦塔,到现在各地纷纷兴建的千米高的水泥大厦,人们总想以一种特别的方式挣脱地面,拥抱天空。可以预见,在未来,随着技术的进步,人类的大厦会变得越来越高,也许有一天地球上的最高海拔点不再是珠穆朗玛峰,而是某座大楼的楼顶了。 现在,让我们来进行一个有些疯狂的思维游戏:人类在地球上造出了最高的大楼——这座大楼是如此的庞大,以至于制造它用尽了地球上的所有物质。换个角度说,人类把地球整个变成了一座大楼,从太空看去,地球就像一根细长的棍子! 高度 那么,这座大楼有多高呢? 假如大楼每一层的宽度都是一公里,那么一层的面积就是一平方公里。我们假设在建筑过程中,地球的总体积不变,那么这根棍子的长度就将是约1.1乘10的12次方千米。为了对这个长度有个直观的概念,我们把它换算成天文单位。在天文学中,把地球和太阳的平均距离作为一个天文单位,它大概是一亿五千万千米,那么上面算出的长度就约为7340个天文单位。 事实上,大楼并不是一个实心的棍子,其内部大部分空间应该是空的,从这个角度看,大楼的实际高度应该比以上计算的要高。然而,要维持如此庞大的建筑,其墙体物质密度肯定要超过地球的平均密度,所以我们也就姑且采用以上计算的结果吧。 海王星与太阳的距离约为30个天文单位,再外侧则是柯伊伯带,大约在距离太阳40-50个天文单位的地方。太阳风辐射的范围大概是95个天文单位,这里已经是所谓的“日球层顶”的边缘了。然而,我们的大楼已经远远超过了这个距离。 在离太阳5万到10万个天文单位的地方,是奥尔特云,被认为是彗星的故乡。我们的大楼暂时还没有延伸到这个位置来。 自转 地球本身在自转,自转的周期是一天。变成棍子之后,其质量和自转的角动量应该和之前一样。芭蕾舞演员在旋转的时候,把手贴紧身体,可以让身体旋转得更快,就是利用了角动量守恒的原理。如果我们让棍子的建…