提問:
我的女兒隻有四歲半,她不停地說她要一幢幾十億層樓高的房子。可問題是不僅她很難對這個數量級有直覺的認識,而且我自己也講不清楚要造出這麼一幢大樓需要克服哪些困難。
—— Keira,梅迪亞,賓夕法尼亞
回答:
Keira你好,
如果你想要造一幢很高很高的大樓,大樓頂部的重量會把大樓的底部壓垮。
你有試過堆花生醬嗎?你可以很輕松地堆出一小坨來,看起來就像梳打餅幹上長了一座表面布滿顆粒的小城堡。這座小城堡的強度足夠保證它挺立不倒,但如果你堆了一座很大很大的城堡,那最終它會垮掉,變得像大餅一樣平。

(不要讓你爸阻止你。如果他勒令你打掃幹淨,你就拿着罐子到你自己的房間,在地毯上繼續堆。我允許你這麼做哈哈)
同樣的情況也會發生在大樓身上。盡管我們現在造的大樓十分結實,但我們沒法造出一座高聳入太空的大樓,因為這樣的話大樓頂部的那部分重量會壓垮大樓的底部。
我們有能力把大樓造得非常高。世界上最高的大樓有将近1000米高,如果我們願意的話還可以造出2000或3000米高的大樓,而且還能保證這幢大樓屹立不倒。不過要是再想建得高一些的話就有些困難了。
但除了自身重量太大以外,高樓還面臨着許多其他問題。
其中一個就是風。高空中的風十分強勁,高樓要造得十分結實才能保證不被大風吹倒。
另外一個問題可能不太容易想到,它就是電梯。建了高樓就得修電梯,因為沒人願意辛辛苦苦爬幾百級樓梯。如果一幢高樓樓層數很多的話,我們就需要很多很多的運作于不同區域的電梯,這樣才能滿足同一時間大量人上上下下的需求。如果一幢樓過高的話,整幢樓基本就被電梯井給塞滿了,基本就沒有剩餘空間來造房間了。
(由于頂層電梯比較少,剩餘空間比較多,但這樣一來就需要更多的電梯來滿足人們的需求,是以……蝙蝠俠快來拯救我們吧)
也許你能想到一些方法,讓人們可以不用坐電梯也能抵達他們想要去的樓層。或許你可以造一座十層樓高的巨型電梯,或許你可以讓電梯運作地和過山車一樣快,或許你可以派熱氣球把人們送到他們的房間裡去,或者你可以用投石車把人們扔上去。
(來源:NASA)
電梯和風已經算是不小的難題了,但最大的問題是錢。
要想造一座很高很高的大樓需要花很多很多的錢,但沒人會想去造這麼一樁高樓,因為造一幢幾英裡高的大樓需要花費數十億美元的資金。這可是一大筆錢!如果你有10億美元,你可以先租到一艘巨型太空飛船,然後拯救世界上所有瀕危的狐猴,再給每個在美國的人一美元,并且在這之後還有剩餘。絕大多數人都不覺得這麼多錢應該花到建一幢幾英裡高的大樓上。
如果你将來變得富有了,有錢來給自己建一幢大樓,并且解決了所有上述的工程難題,但想要造出10億層的高度還是有不少問題的,因為10億層實在是太多太多了。
一幢普通的摩天大樓假設有100層樓,那麼相當于它有100幢小房子疊起來這麼高。
(建在大草原上同一點處的100幢小房子)
如果你能把100幢摩天大樓疊在一起,大樓頂端高度将會有地面與太空之間距離的一半左右:
(太空你好)
但就算這樣這樁大樓也隻有區區1萬層樓,離你設想的10億層樓還遠着呢。這100幢摩天大樓每幢都有100層樓,是以加在一起一共有100乘上100等于1萬層樓。
但你說想要有10億層樓,于是我們把100幢上面提到的超級摩天大樓疊起來形成一幢超級超級摩天大樓:
(Jillian Mayer的“MegaMega Upload”即視感)
這幢超級超級摩天大樓将會非常之高,以至于太空飛船有可能會一頭撞上去。如果空間站正朝着大樓飛奔而去的話,我們還可以用空間站上的火箭來避免撞擊,[1]但壞消息是太空中滿是壞掉的宇宙飛船和衛星,還有數不清的太空垃圾,這些東西在太空中亂七八糟地在太空中飛舞。如果你真的造了一幢超級超級摩天大樓,那麼總有一塊飛船碎片會撞上它的。
但是超級超級摩天大樓也僅僅隻有100萬層樓,比你想要的10億層樓相比簡直不值一提。
于是我們把100幢超級超級摩天大樓疊起來,形成一幢超級超級超級摩天大樓:
(目測發改委是不會同意的額)
這座超級超級超級摩天大樓的樓頂甚至都快夠到月亮了。
但那也隻有1億層樓,要想達到10億層樓,需要把10幢超級超級超級摩天大樓疊起來,變成一幢究級摩天大樓:
(為了找到足夠的材料造這樁大樓,我們都已經把木星的兩顆衛星給拆了)
這麼一撞究級摩天大樓基本是造不出來的。你不但需要防止它撞上月亮,或者被地球自身的引力扯碎,還需要擔心别撞上像巨型隕石這樣曾導緻恐龍滅絕的天體。
不過有些工程師們想到了一個和你的究級大樓很相像的東西——太空電梯。雖然它沒有你的究級大樓高(太空電梯隻延伸到地月中間)但不管怎麼說至少在往目标靠攏不是麼。
一些人覺得我們有能力造出一家太空電梯,但另一些人認為這也太瘋狂了。我們現在是造不出來,因為我們遇到了許多根本不知道該如何解決的問題,比如如何保證大樓的強度,如何輸送電力驅動電梯。如果你真的想要造一幢摩天大樓,你可以去找一找這一方面更多的大家都在研究的話題,或許以後你就能成為解決這些問題中的人中的一位。或許,将來的某一天你會造出一幢高聳入太空的摩天大樓。
不過有一點我很确信,那就是這幢樓不會是花生醬造出來的,哈哈。
(Keira的錯)
注1:宇航員們一遍又一遍操縱空間站躲避你家的高樓已經不耐煩了,是以你可以考慮用軌道炮在他們經過的時候給他們運一些燃油和食物。
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