嚴(yán)伯鈞
你見過最高的樓有幾層?
摩天大樓是大都市的標(biāo)志和象征,隨著工程和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人類最高樓的記錄也不斷被刷新。截至2020年,全球最高大廈是坐落在阿聯(lián)酋迪拜的哈利法塔,高達828米。如果你站在這座樓最頂端,當(dāng)一樓的人陷入夜晚的黑暗時,你卻依然能看到太陽高掛天邊。那么,今后還會有更高的大廈問世嗎?理論上人類最高能把樓建多高?
其實,談及理論,只要樓的地基夠大夠深,樓就能被蓋到任意高度,想超過珠穆朗瑪峰都可以。因為建造高層建筑,主要考慮的是樓底承受的壓力,且如果建筑形狀為上窄下寬,就不用擔(dān)心大風(fēng)所帶來的影響。
日本人曾設(shè)想建造一座高達4000米的巨樓,名為“X-Seed4000”,這已經(jīng)不是摩天大廈,而是一座城市,能住100萬人的大城市。在日本人的計劃中,“X-Seed4000”形狀和富士山差不多,預(yù)計耗資2000億美元,但該計劃終究沒有落實。
除了地基需要足夠大,還得考慮地球的自轉(zhuǎn)問題。
從整個地球的尺度看,由于地球在一刻不停地自轉(zhuǎn),當(dāng)一棟樓達到足夠高度時,隨著高度的增加,樓頂?shù)男D(zhuǎn)速度也會越來越快,大樓所受離心力也會越來越大。當(dāng)這棟樓高到一定程度時,其所受重力與離心力之合力,將會朝向與地心相反的方向,也就是朝向天空(外太空)。所以,理論上說,當(dāng)一棟樓足夠高時,比如當(dāng)它的重心與同步軌道衛(wèi)星在同一個高度時,它的離心力和重力會達到完美平衡,樓可以飄在半空,連地基都可以不需要了。
同步軌道衛(wèi)星離地心約3.5萬千米,所以這樣的大樓,可以蓋到約6萬千米高,約為地球半徑的9倍,也就是4.5個地球那么高!從科幻小說的角度而言,這已經(jīng)不是一棟樓,而是一座“太空電梯”!目前人類把1千克的東西發(fā)送到太空需要花費20多萬人民幣,但依靠太空電梯,則只需1000元人民幣!
此時地基要承受的也不再是向下的壓力,而是向上的拉力。目前尚未研發(fā)出能承受如此大拉力的高強度材料,但未來或許可以依靠碳納米管做到。
●梁衍軍 薦自《了不起的物理》