水滴的殺傷力有多大

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網(wǎng)上有一個(gè)相當(dāng)“古老”的段子是這么說的——為了漲知識(shí)，我加入了一個(gè)物理博士群，見到有人問：一滴水從很高的地方落下來，會(huì)不會(huì)弄死人？群里一下就熱鬧起來，各種公式，各種假設(shè)，各種阻力、重力、加速度的討論。一小時(shí)后，我默默地問了一句：你們沒有淋過雨嗎？群里，突然死一般的寂靜……然后，我就被踢出群了……

顯然，這個(gè)段子只不過是用來嘲笑高學(xué)歷人缺乏常識(shí)的，道理我懂了，但水從高處落下后，到底會(huì)發(fā)生什么呢？

滿足這一情況的，只能是降雨。

所謂降雨，就是高空云層中凝結(jié)的小水滴，因?yàn)橹亓Τ^了氣流承載力而落下來。氣流承載力并不是很大，所以雨滴也沒辦法變得很大；就算有些雨滴能變得稍大一點(diǎn)，下落過程也很容易讓它分崩離析。

其結(jié)果就是，雨滴很快就會(huì)因?yàn)榭諝庾枇Χ诌_(dá)“終末速度”——重力和阻力平衡，不會(huì)再加速。在密度和形狀不變的情況下，重力和長度三次方成正比，但阻力只和長度二次方成正比——所以，越大的物體終末速度越快。雨滴直徑通常不過幾毫米，重量不過0.1克，終末速度大概在9～13米/秒，和自行車最大速度相當(dāng)；再加上它只是液體，這點(diǎn)能量對人來說啥都干不了。

在自然環(huán)境下，顯而易見的場景是冰雹。

雖然冰雹的形狀和密度其實(shí)和水滴相差無幾，但它有一個(gè)大優(yōu)勢：硬。硬度保證了就算較大的冰雹下落過程中也不會(huì)解體，還保證了它掉在你頭上時(shí)的瞬間沖擊力比水大很多。大號(hào)冰雹直徑可達(dá)15厘米，重量達(dá)0.5千克，落下時(shí)的終末速度可達(dá)50米/秒以上（不過，因?yàn)榕鲎埠腿诨仍颍灰欢偰苓_(dá)到這個(gè)速度）。

一塊0.5千克的冰塊，用手丟出去都能把人砸個(gè)不輕，何況以近200千米/時(shí)的時(shí)速撞擊人頭部呢？因冰雹而受傷甚至死亡的案例屢見不鮮，也不足為怪了。

如果沒有大氣層又不考慮蒸發(fā)的話，水滴終于可以實(shí)現(xiàn)真正的自由落體了（如果考慮蒸發(fā)會(huì)怎樣？真空中水會(huì)立刻沸騰，但沸騰過程吸熱，結(jié)果是一部分蒸發(fā)掉、另一部分結(jié)成小冰塊，對于結(jié)論沒有本質(zhì)的區(qū)別），它會(huì)一直加速，直到撞擊地面為止。

如果水滴按照9.8米/秒2的重力加速度勻加速，那么它想加到多快就有多快，別說干掉一個(gè)人，就算殲滅整只艦隊(duì)甚至毀滅地球也不在話下。誠然，稍有常識(shí)的人就會(huì)看出來永遠(yuǎn)勻加速是不可能的——你不能突破光速。但這依然不影響我們獲得任意大的能量、毀滅任意大的星球和任意多的人。

不幸的是，我們限定了地球這個(gè)條件。離地球太遠(yuǎn)，引力會(huì)變?nèi)酰铀俣纫矔?huì)變小。其實(shí)牛頓早就證明了一個(gè)不是很符合直覺的結(jié)論：就算水滴距離地球是無限遠(yuǎn)，它的最大速度也是有限的。根據(jù)引力勢能公式E=-GMm/r進(jìn)行計(jì)算，一滴水如果重量為0.1克，從無窮遠(yuǎn)落到地面時(shí)能獲得大約6千焦的能量，換言之，它的速度大約是11千米/秒——這剛剛好就是第二宇宙速度，分毫不差。因?yàn)榈诙钪嫠俣鹊亩x就是地球表面物體逃逸到無窮遠(yuǎn)處所需的速度，這兩個(gè)物理過程完全是等價(jià)的。換了任何別的物體，真空中向地球自由下落，最大速度也一定是這個(gè)值。

可不要小看這個(gè)速度。當(dāng)水滴撞擊平面時(shí)，會(huì)遭受擠壓，邊緣的水就會(huì)以更快速度向外擴(kuò)散，產(chǎn)生激波。有論文模擬了水滴以0.5千米/秒的速度撞擊平面，結(jié)果向外擴(kuò)散的水流速度高達(dá)6千米/秒，相當(dāng)于音速的18倍，其力度足以打碎普通玻璃。現(xiàn)在，我們的初始速度是它的20倍，其結(jié)果可想而知。

或者換一個(gè)角度，AK47子彈出膛動(dòng)能大約是2千焦，而我們的水滴是它的3倍。水滴雖然不是硬的，但也沒什么彈性，而且速度比子彈快得多得多，所以絕大部分能量會(huì)在短得多的時(shí)間里傳遞給頭骨，重傷甚至死亡應(yīng)該是妥妥的事兒。

呼，大氣層回來了。但別高興得太早。

如果從空中潑一桶水下去，其殺傷力其實(shí)和一滴水沒有本質(zhì)差異，因?yàn)闅饬鞯纫蛩貢?huì)把這桶水再撕裂成水滴。但如果你潑的是一游泳池、一湖甚至一大海的水，那就沒有足夠的時(shí)間分散開來，其結(jié)果將是毀滅性的。

網(wǎng)絡(luò)漫畫作家蘭道爾·門羅曾計(jì)算過，如果夏天一場暴雨的所有雨水化作一個(gè)大水滴，那么這個(gè)水滴體積將達(dá)0.6立方千米，重約6億噸（差不多是所有人類加在一起的總重量）。這坨水如果從云的正常高度落下來，那么落地瞬間速度大概是200米/秒。落地點(diǎn)的空氣遭到強(qiáng)烈壓縮，產(chǎn)生瞬間高溫，足以讓地上的草燒起來——所幸下一瞬間就會(huì)有巨量的水將野火熄滅在萌芽中。如果你不幸站在這個(gè)地方，你遭受的水壓將會(huì)超過馬里亞納海溝最深處。

如果這樣，你當(dāng)然是死定了，但還沒完——記得上面提到的水滴撞擊時(shí)向四面八方產(chǎn)生的沖擊波嗎？此時(shí)方圓幾千米之內(nèi)會(huì)什么都不剩，二三十千米之內(nèi)的建筑也基本上都要玩完，再遠(yuǎn)一點(diǎn)的地方可能會(huì)借著地勢幸存——如果他們沒有被接下來的洪水沖走的話。

那么問題來了：能不能再給力一點(diǎn)。

有請彗星君隆重登場。

嚴(yán)格說來彗星不全是冰，里面還有不少固體塵埃物質(zhì)——雨滴和冰雹里其實(shí)也有不少塵埃。而彗星的大小嘛，動(dòng)輒幾千米。

當(dāng)年，舒梅克列維9號(hào)彗星被撕裂之后撞上木星時(shí)，最大的一塊直徑約2千米，速度約60千米/秒，撞出了一個(gè)大小相當(dāng)于地球半徑的黑斑。6500萬年前，一顆直徑約10千米的小行星撞上地球，造成了全球范圍內(nèi)的集群滅絕，并且把恐龍全干掉了。現(xiàn)在一顆普通彗星以相對較慢的速度（11千米/秒）掉下來，可能不至于那么嚴(yán)重，但是炸平幾千平方千米、產(chǎn)生一個(gè)全球范圍核冬天、對人類經(jīng)濟(jì)體系引發(fā)毀滅性打擊，差不多還是夠用的。

而我們已知的最大彗星，直徑可能有25千米，換言之其質(zhì)量是舒梅克列維9號(hào)最大碎片的2000倍，就算速度是1/6，總能量也有其50倍以上。

假如不考慮太陽大氣和溫度，那么水滴落到太陽上的最大速度是617.5千米/秒——同時(shí)也是太陽表面的“逃逸速度”。比地球上的速度大很多，人在上面也會(huì)死得慘很多，不過在上面的人反正也已經(jīng)死了，無所謂啦。

但水落到太陽上，還有別的效果。和地球不同，太陽是個(gè)巨大的核反應(yīng)爐，它的燃料是氫，維持爐體穩(wěn)定的是壓力和引力的平衡。如果太陽變大了，引力就會(huì)占優(yōu)勢，使太陽燃燒得更加猛烈、同時(shí)壽命也變得更短——而往上倒一氧化二氫，正好可以達(dá)成這一目的。

所以，如果我們往太陽上倒水，那么太陽會(huì)變得更熱，距離它的終結(jié)也更近。

倒的水如果多一點(diǎn)，地球上就會(huì)出現(xiàn)極其明顯的溫室效應(yīng)，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和海岸居住區(qū)崩潰，整個(gè)人類社會(huì)陷入混亂。

如果再多一點(diǎn)，強(qiáng)烈陽光帶來的硅酸鹽風(fēng)化，會(huì)把越來越多的二氧化碳鎖在巖石圈里不再流通，短期內(nèi)可能會(huì)緩解瘋狂的溫室效應(yīng)，但長期下來，將意味著大氣二氧化碳無法維持碳三植物（光合作用中同化二氧化碳的最初產(chǎn)物是三碳化合物3-磷酸甘油酸的植物）的存活，整個(gè)地球生態(tài)系統(tǒng)崩潰。如果再多一點(diǎn)，碳四植物（在光合作用過程中，既具有C3途徑又具有C4途徑的植物，如玉米、甘蔗、高粱、馬齒莧等）也將消亡。

如果再多一點(diǎn)，海洋的蒸發(fā)將失去平衡，大量水蒸氣滯留在大氣中加劇溫室效應(yīng)，最終地球表面將成為潮濕大溫室，海洋全部消失。如果此時(shí)生命還沒有全部滅絕，也只能在極個(gè)別的地方茍延殘喘了。

繼續(xù)多下去，太陽就會(huì)加速前進(jìn)，最終成為紅巨星把地球吞沒——如果沒有這些額外的氫，地球還有一定概率逃過一劫，但倒了這么多水上去之后，這一命運(yùn)就無可避免了。然后，太陽會(huì)變成一顆超新星，最終也許在巨大的額外質(zhì)量之下成為一顆黑洞。

黑洞很沉，非常沉，以至于當(dāng)別的物體落向它時(shí)，會(huì)釋放出巨大的引力勢能，足以產(chǎn)生大量的X射線。氫原子核聚變放出的能量只有它靜質(zhì)量的0.7%，而物體落入黑洞里放出的能量可達(dá)靜質(zhì)量的百分之幾十。

和別的電離輻射相比，X射線算是殺傷力很低的了，譬如一次胸透帶來的終生癌癥風(fēng)險(xiǎn)還不到百萬分之一（相比之下一個(gè)人正常過一輩子得癌癥的概率就有三分之一）。但是黑洞帶來的X射線量極其巨大。低質(zhì)量X射線雙星幾乎全部能量都以X射線形式釋放出來，所以往上滴一滴0.1克的正常水滴，近似相當(dāng)于把水質(zhì)量的幾分之一轉(zhuǎn)化為等效能量，再把這些能量以X射線形式全打出去——這差不多是1012焦耳。更糟的是，這些X射線能量較低，是穿透力有限的“軟”X射線，照進(jìn)人體只需幾厘米就會(huì)幾乎被完全吸收。假如這么多能量被一個(gè)人全吸收了，那么足以把他汽化幾千遍；假如按照8戈瑞的“必死”輻射劑量估算，那么這些X射線足夠殺死18億人。

是的，這就是一滴水從高處落下來，所能產(chǎn)生的最大殺傷力，需要的不過是一個(gè)黑洞在下面接著它。就算三體人的那個(gè)“水滴”能單挑整個(gè)地球艦隊(duì)，在這真正的水滴面前也不過是小巫見大巫。（來源：果殼網(wǎng) 責(zé)任編輯/岑兮）