用雨傘或者帳篷遮雨太沒(méi)意思了,如果你用一個(gè)激光發(fā)射器瞄準(zhǔn)落下來(lái)的每一個(gè)雨滴,在它們落到離地10英尺的高度前就把它們一一汽化會(huì)怎么樣?
回答:
用激光束來(lái)遮雨聽(tīng)上去完全可行,如果你……
雖然激光雨傘這個(gè)想法聽(tīng)上去很有吸引力,但它……
好吧,我們現(xiàn)在討論的是用激光來(lái)遮雨的問(wèn)題。
(誰(shuí)允許你討論這個(gè)問(wèn)題了?)
這個(gè)想法不那么有可行性。
首先我們來(lái)看看基本的能量需求。汽化一升水需要約260萬(wàn)焦耳的能量,[1]而在一場(chǎng)大雨中每小時(shí)的降雨量可達(dá)半英尺(約1.27厘米)。就這點(diǎn)來(lái)說(shuō)這個(gè)問(wèn)題回答起來(lái)并不難,你只需要把降水的體積乘以260萬(wàn)焦耳就能得出激光雨傘需要的能量了(單位:瓦/平方米遮蔽面積)。咋一看到這個(gè)簡(jiǎn)單直白的式子,你可能還不太習(xí)慣:
260萬(wàn)焦耳/升 * 0.5英寸/小時(shí) = 9200 瓦/平方米
每平方米9千瓦的能量密度比陽(yáng)光照射地面?zhèn)鬟f的能量密度還要高一個(gè)數(shù)量級(jí),因而你的周圍溫度會(huì)上升地很快。事實(shí)上你會(huì)在你身邊制造出一團(tuán)蒸汽,而你還在不停地向這團(tuán)蒸汽輸入激光能量。
換言之,你將會(huì)造出一個(gè)人體大小的高壓鍋。我不用說(shuō)你也知道高壓鍋不是一個(gè)居住的好地方。
但還有更糟的事呢!用激光汽化一顆水滴比看上去的要更復(fù)雜。[2]有很多很多很多篇論文在研究這個(gè)話題,總之就是要以極快的速度輸入大量的能量,才能汽化水滴而不是把它們打碎成更小的水滴。
當(dāng)一顆水滴被激光脈沖擊中后,只汽化了很小一部分,其余的都被打碎成更小的水滴了。結(jié)論是之前提到的能量需求已經(jīng)夠多了,如果你想徹底汽化一顆水滴,需要的能量更加不可想象。
接下來(lái)我們來(lái)談?wù)劽闇?zhǔn)的問(wèn)題,理論上來(lái)說(shuō)這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該是可以解決的,自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)可以快速并準(zhǔn)確地控制光束。覆蓋一個(gè)100平方米的面積(在Zach完整的提問(wèn)中提到了這個(gè)方面)每秒需要發(fā)出約5萬(wàn)個(gè)脈沖。這個(gè)速度已經(jīng)慢到不會(huì)引發(fā)任何直接與相對(duì)論有關(guān)的問(wèn)題,但是說(shuō)實(shí)話,你的這個(gè)系統(tǒng)再簡(jiǎn)單也不能只有一個(gè)裝在旋轉(zhuǎn)底座上的激光發(fā)射器吧。
也許我們應(yīng)該完全放棄瞄準(zhǔn),而是隨機(jī)朝某個(gè)方向發(fā)射激光。
(一了百了地解決了所有問(wèn)題)
如果你朝一個(gè)隨機(jī)方向發(fā)射激光,激光前進(jìn)多遠(yuǎn)才會(huì)撞上一滴雨滴?這個(gè)問(wèn)題很簡(jiǎn)單,其實(shí)問(wèn)得就是你在下雨天能看多遠(yuǎn),答案是至少有幾百米。除非你想保護(hù)你周圍的所有鄰居,否則隨機(jī)方向發(fā)射激光是沒(méi)有多少用處的。
而且實(shí)話實(shí)說(shuō),如果你真的打算保護(hù)你的鄰居……
(起火的原因有許多:在床上吸煙,干燥的棉絮,感生電流,太陽(yáng)光斑,小潮,環(huán)氧合酶被抑制,eBay,生火器,吃豆人游戲中的一個(gè)鬼魂跑了出來(lái),撞倒了你家的一根蠟燭)
……隨機(jī)發(fā)射威力巨大的激光真的一點(diǎn)作用都不會(huì)有。
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注釋
注1:如果水的溫度更低一點(diǎn),需要的能量也就更多,但差別不大。把水加熱到沸點(diǎn)只會(huì)用去260萬(wàn)焦耳能量中的一小部分,絕大部分能量都被用來(lái)將100攝氏度的水變成100攝氏度的水蒸氣了。
注2:而且老實(shí)來(lái)說(shuō),光是看上去就已經(jīng)很復(fù)雜了。
注3:J.C Carls 和J.R Brock寫(xiě)的論文《水滴在經(jīng)脈沖激光加熱后產(chǎn)生的爆炸》(Explosion of a water droplet by pulsed laser heating)中寫(xiě)道:“……在實(shí)踐中,把一顆水滴加熱到極高的溫度而不產(chǎn)生巨大的位移……是非常困難的。”
這篇論文里還有許多有意思的句子,比如“水珠看上去仍然保持了基本的形狀,并沒(méi)有碎裂開(kāi)來(lái)”,“之前形成的顆粒很有可能會(huì)被汽化”,“在做了一些奇怪的事情后,狀態(tài)方程得出的結(jié)果也很奇怪”,“雪崩般破碎”,“極低的氣壓,有時(shí)甚至是負(fù)值”,“可能產(chǎn)生的最劇烈的反應(yīng)”以及“觀察到了極高的溫度”。
(審核編輯: 智匯張瑜)
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