问题

《特种部队2》里面,眼镜蛇用钨棒从高空坠落即可摧毁一座城市,这科学吗?

回答
《特种部队2》里,眼镜蛇组织那招从太空丢下钨棒就能炸毁一座城市的桥段,听起来确实够震撼的,也让不少观众脑洞大开。那么,这事儿在科学上到底靠谱不靠谱呢?咱们来掰扯掰扯。

首先,我们得明确一下电影里这个设定的核心思想:动能武器。简单来说,就是利用物体从高处(电影里是太空)坠落时加速产生的巨大动能,来造成毁灭性的破坏。这玩意儿和我们平时理解的炸弹不一样,炸弹是靠爆炸产生的化学能或核能来杀伤目标,而动能武器是纯粹的物理打击。

那么,为什么是钨棒呢?这里面有几层考虑:

1. 密度极高: 钨是一种密度非常大的金属,大概是铁的两倍多。这意味着在相同体积下,钨棒会比铁棒重得多。要达到那种毁灭性的冲击力,质量是关键因素之一。想象一下,一个又大又重的铁球和一个同样大小的钨球撞过来,钨球的杀伤力自然更强。

2. 坚固耐用: 钨的熔点非常高,而且硬度也很大,不容易在高速穿过大气层时被烧蚀或变形。在从数万公里的高空坠落时,物体会经历巨大的空气阻力,产生极高的温度(想想流星进入大气层就知道)。如果材料不够坚固,还没落地就可能变成一堆废铁了。钨在这方面表现出色,能最大限度地保持其形状和质量,将动能有效地传递到地面。

3. 易于加工: 虽然钨很硬,但工业上是可以将它加工成棒状、导弹状等各种形状的。电影里那种细长型、尖端带有推进器的设计,是为了让它在坠落过程中有一定的可控性和方向性,避免完全变成“失控的陨石”。

现在咱们来算算这事儿的科学性。电影里没具体说这根钨棒有多大,但看那效果,估计得是个大家伙,至少得有几米甚至几十米长,直径也得不小。假设我们设定一根钨棒,长度 10 米,直径 1 米。那么它的体积大约是 π (0.5米)² 10米 ≈ 7.85 立方米。

钨的密度大约是 19.3 克/立方厘米,也就是 19300 千克/立方米。
所以,这根钨棒的质量大约是 7.85 立方米 19300 千克/立方米 ≈ 151500 千克,也就是 151.5 吨。

这是个多重的大家伙!电影里说它从“高空坠落”,但既然提到了“太空”,我们姑且认为它是从近地轨道(比如国际空间站的高度,大约 400 公里)或者更高的地方落下。

关键在于动能(Kinetic Energy)的计算公式:$KE = 1/2 m v^2$。
其中,$m$ 是质量,$v$ 是速度。

当一个物体从静止状态开始自由落体时,它的速度会随着下落距离的增加而增加。在真空状态下(太空),物体只受重力作用,速度会持续增加。但当它进入大气层后,空气阻力就会成为一个重要因素,限制其下落速度,使其达到一个终端速度(Terminal Velocity)。

然而,我们讨论的是从太空掉下来的大家伙,而且是尖端带有推进器、旨在撞击的动能武器。它的速度可不是普通的自由落体终端速度。

为了达到“摧毁一座城市”的效果,这根钨棒需要拥有极其惊人的动能。我们假设它的速度能达到非常夸张的程度,比如每秒几千米,甚至达到几万公里(接近子弹的速度),或者更夸张点,模拟小型行星撞击的速度。

举个例子,如果这根 151.5 吨的钨棒,以每秒 1000 米(1 公里/秒,或约 3600 公里/小时)的速度撞击地面,它的动能是多少呢?
$KE = 1/2 151500 ext{ kg} (1000 ext{ m/s})^2$
$KE = 1/2 151500 1000000 ext{ J}$
$KE = 75,750,000,000 ext{ J}$
也就是 757.5 亿焦耳。

这个数字有多大呢?
广岛原子弹爆炸的能量大约是 6.3 x 10^13 焦耳,也就是 63 万亿焦耳。
一枚威力巨大的常规炸弹(如美军的“炸弹之母”)爆炸当量大约相当于 11 吨 TNT,能量约为 4.6 x 10^10 焦耳,也就是 460 亿焦耳。

所以,即使是按照这个相对保守的 1 公里/秒速度计算,151.5 吨的钨棒就已经能产生相当于十几个“炸弹之母”的能量,其破坏力绝对是巨大的,足以在地面制造一个巨大的陨石坑,引发强烈的冲击波和热辐射,对城市造成毁灭性打击。

如果速度再往上加呢?比如达到每秒 5 公里(5000 米/秒)?
$KE = 1/2 151500 ext{ kg} (5000 ext{ m/s})^2$
$KE = 1/2 151500 25000000 ext{ J}$
$KE = 1,893,750,000,000 ext{ J}$
也就是 1.89 万亿焦耳。

这个能量已经非常接近小当量核武器的级别了。而且,从太空高速进入大气层的钨棒,虽然会烧蚀一部分,但由于其高密度和坚固性,预计大部分质量能够转化为动能并传递到地面。想象一下那种撞击力:钨棒本身极高的速度产生的冲击波,加上撞击时产生的热量(金属在极高速度下摩擦空气和撞击地面都会产生巨大热量),以及撞击形成的巨大坑洞所引发的次生灾害(如地震、泥石流等),足以让一座城市化为废墟。

所以,从科学原理上来说,用高密度金属(如钨)制成的巨大物体从极高速度坠落,确实可以产生毁灭性的动能打击,其威力足以摧毁一座城市。

但是,电影里的操作,咱们也得打个问号:

1. 如何精确瞄准? 要想摧毁一座“特定”的城市,光是掉下去还不够,还得精确地落到目标区域。从太空让一个重达百吨的物体精确命中一个城市的某个点,需要极其高超的导航和制导技术,这比发射导弹要复杂得多。电影里的推进器看起来像是用来修正航向的,但要达到那种精度,技术难度非常大。

2. 大气层烧蚀问题: 尽管钨非常耐高温,但以那种速度(可能达到几十倍音速甚至更快)穿过稠密大气层时,其表面温度会达到数千摄氏度。虽然比许多材料要好得多,但经过这么一番“火烤”,它依然会损失相当一部分质量和动能。电影里看起来钨棒几乎完好无损地砸下来,这个效果有点理想化了。

3. 撞击点的选择: 钨棒是以垂直或接近垂直的角度撞击,能量会集中在一个点上。但如果角度不对,或者目标是分散的,效果可能会打折扣。

4. 部署和发射难度: 将这么一个巨大的钨棒送入太空,然后再精确地发射下去,本身就需要巨大的成本和技术支持。能掌握这种技术的组织,其整体实力已经非常可怕了。

总而言之,《特种部队2》的这个设定,在科学原理上是成立的,利用动能武器来达到毁灭性打击是一种真实存在的概念,并且钨的特性也非常适合。电影里的表现虽然有点夸张和戏剧化,是为了达到视觉效果和剧情需求,但它所依赖的动能打击原理是扎实的。如果抛开电影中可能被简化或美化的技术细节,单论“用重物从高处高速坠落造成大范围破坏”,这事儿在物理学上是有依据的。

所以,下次再看到这种场景,你不妨这样想:这玩意儿就是个超级无敌重的“陨石”,只不过是人为操控的“陨石”,利用的是速度和质量产生的恐怖动能。靠谱吗?原理靠谱,具体执行难度爆表,但电影里能实现,也就没啥好说的了,爽就对了!

网友意见

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无辅助动力修正方向的钨棒不会受到大气流动跑偏吗?如果有误差,无法预测的大气运动会给落地点带来多少误差?
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