Q. 我想减重20磅,为了实现这个目标,我需要把地球上的多少质量“扔”到太空?
——赖安·墨菲,新泽西
A. 这个问题看起来非常简单。你的体重来自地球把你向下拉的引力,地球的引力来自它的质量,更少的质量应该意味着更小的引力,因此减少地球的质量,你就会“减肥”。
你决定这样试一试。
从地球上移走许多质量将耗费大量能量,所以首先你要夺取整个地球的石油储备。
你把石油加工成燃料,然后用它们发射几千亿吨岩石到空间轨道上,这能让地球表面的岩石平均降低0.2毫米。你跳到秤上。
好吧,这不管用,但讲得通;几千亿吨只占地球质量非常小的一部分。
燃烧地球上的其他化石燃料也能起到一点儿作用,特别是煤,它的存量非常多,能让你把地球的表面去掉1毫米。
你又跳到秤上。
该死。
需要更多能源。
你把整个星球表面都铺上高效的太阳能电池板,然后花一年时间吸收照到地球上的太阳光,并用这些能量来发射火箭。人类只能生活在这些太阳能板的阴影下,关于这一点大家应该对你非常生气。
一年收集的太阳能大概能让你把100万亿吨岩石扔到太空上去,大概是地球表面几英寸厚。遗憾的是,这还不够。
显然,这种增量方法行不通。
你需要更多能量,与其只收集照到地球上的一小部分太阳能,不如建造一个巨大的能量收集器,完全包住太阳并收集它的所有能量——一个戴森球。一旦如此,你就有足够多的能量更快地剥去地球表面。
你剥离到地球岩层越深处,岩石就越热。剥去几百米的地壳后,人们开始注意到地面变热了。当剥离掉1 000米厚的岩石后,地表温度将高达40 ℃。当你在寒冷的早晨起床下地时,这会让你的脚感觉非常舒服,但生活则变得非常难过了。还有,由于你去掉了所有热点的表面,世界上所有火山都要开始喷发了。
你查看秤。
该死。
你使用你的戴森球继续除去更多岩石,现在你剥离掉5 000米厚的岩层了,花费了大约20分钟。(另外,你还需要再花几分钟移走海洋。)地球已经不再适合居住了,由于黄石公园超级火山下喷发出来的岩浆,怀俄明州西北部已经是一个岩浆湖了,地表的大部分区域已经热到可以烧开水和引发火灾了。
你又称了称体重。
没关系,只需要去掉更多的岩石就行,也许你可以试试某种太阳能超级削皮器。
你剥去20千米厚的地壳了,之前是海床的许多地区已经暴露出了地幔。
好吧,都说减肥不容易,你又剥去了20千米厚的地壳,除掉了深层地壳和熔化的地幔。
你继续。用行星削皮器搞了4小时后,你已经把60千米厚的大部分熔岩都削掉了。你又跳到秤上,终于看到了一点儿变化。
你还重了1磅。
这怎么可能?
如果地球密度均匀,去掉地层就会让你变轻,但是你挖得越深,地球的密度就越大,这抵消了质量的损失。你去掉地球表层,星球更轻了,但你也离致密的地核更近了。这个去掉地球外层方法的实际效果就是,地球表面的重力更强了。
你挖得越深,引力变得就越强。直到你削去大约3 000千米厚的地层,引力变化才趋于平稳,那时地球直径已经减少一半,地球质量也消失了三分之二。(这大概需要你的太阳能行星削皮器工作一周。)你体重的峰值会达到207磅。在这之后,当你开始挖除地球致密的外核时,你的体重才会开始下降。
当你挖去3 450千米厚的岩石时,体重就降回190磅的初始重量;挖去3 750千米之后,你终于实现了减重20磅的目标。这时你已经挖去了地球质量的85%,但是成功减肥了!
这个计划有点儿瑕疵。是的,它毁掉了地球,而且毫无必要地低效。其实有一个更简单的方法可以减少地球对你的引力,且不需要你改变自己的质量或者离开地表。
球壳状的物体不会对其内部的物体施加任何引力,这意味着如果你进入地下,上面的岩石层就不会再让你的体重增加。从引力的角度看,它们就像消失了。你不需要真的从地球上去掉多少质量,你只需要进入它的内部。也就是说,简单挖条隧道就可以免去刚才的所有工作。
至少你不用挥汗运动?嗯,某种意义上吧。这项工程最后还是让你耗费了巨量体力。去掉地球表面需要5×10 28 卡路里的能量,这比全人类从现在开始每天24小时锻炼,一直坚持到太阳完全燃尽而且其残余部分冷却至室温时燃烧掉的卡路里还多。
如果你只是不想劳作,那可能没有比这更惨的失败了。