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环太平洋物理学(第二部分):在海底核爆炸气泡中

探索《环太平洋》中核爆炸的物理原理,它将海底变成了陆地。机甲炸弹的冲击力有多大?

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《环太平洋》可能有一个清单。拥有巨型剑、枪和火箭臂的巨型机器人?打勾。拥有巨型爪子、牙齿和酸液的巨型怪物?打勾。如果所有这些“揍扁他们”的好戏还不够,电影最后还以两次巨大的核爆炸收场。其中一次爆炸如此之大,以至于它真的将一部分海底变成了陆地,然后又塌陷了。我们可以原谅一个拥有未来力量肌肉的机器人,以保持电影的流畅性(仅仅抬起机甲的手臂就需要大约1000台布加迪威龙发动机的动力),但核爆炸是我们了解很多的东西。自20世纪50年代以来,我们已经进行了相当于5亿吨TNT的核试验,以弄清楚到底会发生什么。

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这引出了一个宅男们的问题:机甲炸弹需要多大才能在太平洋底部制造出陆地?

核爆(剧透预警)

在影片后期,机甲“尤里卡突袭者”牺牲自己来摧毁两只环绕的怪兽。它的有效载荷本是为了摧毁保持怪兽源源不断出现的跨维度传送门,但那将由机甲“危险流浪者”及其核反应堆来完成。“突袭者”引爆,产生一个巨大的蒸汽和能量气泡,冲过另一台机甲,露出了一个干燥的海底,甚至有正在挣扎的鱼。一秒钟后,水重新涌入填补了空隙,“危险流浪者”则跛行着前往它的最终目的地。

当核弹在水下爆炸时,它确实会产生一个巨大的气泡,这个气泡先是向外冲,然后在一系列与周围水压的斗争中崩溃并膨胀。其背后的物理学既复杂又引人入胜 [PDF]。重要的是,我们已经进行了足够的核试验,得出了可以模拟炸弹气泡大小的方程。但要找到气泡的大小,我们需要炸弹的大小。

《环太平洋》初期,阻止怪兽入侵的计划被揭示:轰炸“裂缝”并摧毁跨维度传送门。为此,机甲“尤里卡突袭者”配备了一个重达2400磅的热核装置——相当于120万吨TNT。这听起来令人印象深刻,但在引爆巨型炸弹的历史上,这算是相当小的。有史以来引爆的最大的核装置——沙皇炸弹——比它大50倍。即便如此,机甲炸弹也不是好惹的。它所携带的能量大约相当于一场大型飓风每秒释放的能量。

尺寸并非一切;深度也很重要。核爆炸的行为因其位于水面附近还是深海而大相径庭。事实上,如果你将核弹放置得足够深,爆炸后水面几乎不会发生任何事情。也许会有水向上喷涌,但不会有蘑菇云。相反,如果炸弹只在水下几百英尺,由此产生的羽状物绝对令人惊叹。所以为了弄清楚《环太平洋》中我们正在处理什么,我们必须估算深度。

在《环太平洋》的最后场景中,两台机甲潜入海洋,炸毁了裂缝。由于机甲行进的地方没有光线(甚至可以看到热液喷口),并且太平洋的平均深度约为4000米,我们可以估计炸弹在海洋深处某个被称为“深渊”的区域爆炸。爆炸越深,爆炸所要克服的压力就越大,才能形成一个大气泡。

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1971年,军方发布了一份报告,该报告利用深度和爆炸当量(炸弹的能量)来模拟核爆炸后水下气泡的大小。(不可思议的网络漫画XKCD曾用这个方程估算马里亚纳海沟底部的核爆炸。)该方程利用气泡几何形状、水压和爆炸当量来计算出爆炸气泡的最大半径(如果你感兴趣,请翻到第34页)。综合我们从《环太平洋》中能获得的所有信息,机甲炸弹将产生一个与兴登堡飞艇一样宽的气泡——大约245米。

在第一秒内,气泡会膨胀一倍,随后又被巨大的水压压回。它会经历三轮这种压缩和膨胀的循环,然后要么浮出水面,要么完全消散成一股上升的热放射性水流。(你可以通过在水下开枪来观察到相同规模的“气泡弹跳”过程。)如果气泡最终浮出水面,它会看起来像这样,水以每小时200多英里的速度从深处喷发出来。

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但是电影场景呢?考虑到气泡将近有三个足球场那么宽,会有几毫秒的时间,气泡内的所有水都会蒸发,只留下“干燥”的地面。它就像核风暴的中心,冲击波向外传播,夷平了那里稀有的海洋生物。

然而,这个确认存在一些问题。首先,考虑到潜艇——与机甲大小相当的巨大机器——在水下核爆炸附近会受到损坏(看看所有这些被删除的信息!),“危险流浪者”是否能承受冲击波并完好无损地出来是值得怀疑的。其次,主要爆炸气泡内部的温度足以完全蒸发怪兽和机甲。如果“危险流浪者”能用其核反应堆的废气烧穿五级怪兽“裂缝”,那么核爆炸产生的热量会熔化它们两者。陆地上的核爆炸会熔化岩石。最后,如此巨大的爆炸会形成一个数百米宽的巨大陨石坑。如果“危险流浪者”没有被直接摧毁,它也需要爬出巨大的坑洞。

抛开这些问题不谈,可以想象一个足够坚固以承受爆炸的机甲可能会在太平洋底部的一个无水口袋中——至少一两秒钟,因为这就是物理学。

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