西西河

主题:人文主义谈话录 -- 万年看客

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家园 53-Randall Munroe:如何科学地作死

我写了一本书,用全部篇幅回答了人们在我的网站上提交的许多问题。有一个问题今天我想谈一下:能否用实物制作一堵元素周期表墙壁,在每一个空格里都放一块对应元素单质制作的砖块呢?

元素周期表里有很多元素,有些很容易获取,也有些比较麻烦。在全部118种元素当中,大约有三十多种都可以在超市里买到,比方说铝。氧与氮也不难搞到手。还有一些元素需要发挥创造力才能获取。比方说假如你想自制云室,需要放射性物质,不妨去买烟雾报警器,因为每一个烟雾报警器里都有一小片镅。假如你想做一块镅砖,只要购买一堆烟雾报警器就行了。这样做会导致两个结果:首先,你相对轻松地获得了一大块稀有物质,其次,你会很快登上各种政府监控黑名单(笑声)。

不过实物元素周期表还有另一个问题。有好些元素十分稀有,并且/或者法律不允许私人持有,此外元素本身也非常危险。比方说汞就会导致中毒。铍并没有放射性,但是你依然最好不要直接用手拿或者吃下去。尽管如此,依然有很多人着魔一般地试图集齐全部元素。从收藏家的角度来说,我完全理解他们的心理。我曾经在Game Boy掌机上玩过原版的《口袋怪兽》。如果你们查一下我的出生年份,并且与《口袋妖怪.蓝》与《口袋妖怪.金》的发行时间对比一下,就会发现我当时的年龄比起《口袋妖怪》的既定受众群体的年龄要大一些(笑声)。原版游戏设定了151种口袋怪兽,游戏的目标就是全员攻略。因此我很容易就能将元素周期表里的118种元素看做118只口袋怪兽——其中有些具有放射性并且寿命极短。不过元素收藏家的收藏上限大约就在八九十左右,这取决于你是否看重自己的人身安全,掌握多少资金,以及愿意触犯多少条国际法律——假如你想收藏钚,犯法简直是必须的。

元素周期表底部的元素最难上手,原因一会儿我们还要细说。所以我们要由易入难,先从上边开始。第一排就只有氢与氦。这两样都不难弄。据说目前市场上氦气紧俏,不过在节庆用品商店还是能买到的。不过这两样元素制成的砖块只会飘散消失。正所谓见好就收方为上策(笑声),因为我们还要收集七排元素。前两排麻烦不大,第三排可能着火,第四排会用毒气呛死你,第五排会像第一排一样消散,并且对你施加低度辐射,第六排会迅速解体,释放出一道裹挟着剧毒烟尘的气浪,并且毁灭你所在的建筑物。千万不要收集第七排元素。

不过前两排并不要紧。第二排的元素有固体也有气体,以气体居多。我想特别谈一下氟。氟是最糟糕的元素。在元素周期表里氟的活性最强,而且我最近刚刚看到一份名单,上面记载了许多用氟做实验并且致残致死的化学家的姓名。氟不仅自身活性强,而且还能形成很危险的化合物。有一种气态的氟化合物能使得几乎任何置身其中的物质自燃起火,就连冰块都不能幸免。万幸的是,氟只会贴近地板缓慢扩散而不会飞升起来,因此你总还可以慢慢退出室外。还有资料显示氟能腐蚀多种防毒面具的常用原料,因此在选择护具的时候千万要小心。

不过直到第三排之前,情况都还不算吓人。第三排有好几个捣蛋鬼。左边打头是钠与镁。钠砖暴露在空气当中很容易变色。根据空气当中的水分含量高低,钠的氧化速度也有快慢之分。不过闲话少说,右边第一位就是磷。磷一旦接触空气就会自燃,所以周围那些并不会自燃的元素砖块也会被点着。更糟糕但是,氟此时还没散去,也会与磷发生反应。换句话说,这时候的毒气要比刚才浓厚的多,不过只要防护妥当,这时候你大概还不会死。

到了第四排就更麻烦了。第四排出现了老派的金属元素,此外在磷的下面还出现了砷。砷与我们的联系很紧密。我看过德州某化工厂发言人接受采访的节目。化工厂下游的地表水遭到的污染,经化验含有砷。发言人对此的回应是:“砷其实就是个吓唬人的字眼。”一方面这样的公关策略实在不敢恭维,另一方面这番话却也不算全无道理,因为我们的食物全都含有几十亿分之一的砷,这么低的含量并没有毒性。但是我们这里有一块纯砷,基本上对于一切生命形式都有毒性。

燃烧的磷与硫紧挨着砷已经够糟糕了,接下来还有硒与溴。这两样元素也会激烈反应,不过此时磷烟应该已经把它们裹住了。此外别忘了烟雾当中还混有各种氟化物。假如你不能赶紧跑开,肯定会被毒烟杀死。正确的做法是马上撤退,而不是像我们一样继续堆砌元素(笑声)。

第五排预示了我们的最终结局。我们在这里首次遇到了具有轻度放射性的元素。《口袋妖怪》的故事表明,我的社交能力并不强,也很难找到与我志趣相投的人。尽管我很早就背过了元素周期表,但是很少与别人切磋。因此我始终不知道锝究竟要怎么念。……不过不该怎么说锝都是第一个放射性元素。在我们假想的这个场景中,锝并不会赶在砷、磷、氟与硫的毒烟之前杀死你。锝的放射性不足以立刻致命。你至少要将锝放在怀里揣上一整天,或者吃下一块锝,或者戴一顶锝质头盔,才能受到致死剂量的辐射。

但是辐射在第五排并不足以成为最要命的问题。为了达成这一点,我们要推进到第六排。因为第六排有砹。……一旦凑齐元素周期表,我们只能在刹那间瞥一眼,然后就会被砹化为飞灰。铀会经受链式裂变并且释放能量。钚也会衰变并且释放热量。因此太空探测器都用钚充当动力。好奇号活性漫游车上就装了一块钚——据我所知美国的钚几乎就要用光了,所以这块钚是从俄国买来的。真正铁杆的元素收藏家应该知道找谁去买钚,同时还要回避各种试图通过监控谷歌搜索来找到你的联邦政府机构。我之前的确用谷歌搜索过钚的价格,所以我应该已经上了黑名单了(笑声)。

有人问过我是否因为研究工作惹上过麻烦。有一次有人问我,一个鞋盒子能够容纳的最昂贵的东西是什么。我在写答案的过程中查询了好几种硬性毒品的价格。然后我突然意识到我的搜索记录看上去是这样的:海洛因多少钱?迷幻剂多少钱?不同城市间的市场价有什么区别?(笑声)还有一个问题是国会图书馆里都藏有什么东西。于是我决定进行随机抽样,选取100件藏品,看看其中有哪些是书籍,哪些是其他物品。每一件藏品都有数字编号,于是我就随机生成了若干编号进行逆查询。结果查了几次之后国会图书馆网站就把我转向了403页面。实际上我所在住宅楼的每一户用户都被转向了403页面。一方面我觉得自己活该,另一方面我又觉得很气愤,因为这还是我从小到大第一次被图书馆赶出来(笑声)。

书归正传。钚的有趣之处在于,尽管用钚驱动的仪器设备非常复杂,但是我们仅仅利用了钚的一项特质,就是发热。但是钚散发的热量很多,所以要装在一根长杆子上远离漫游车。旅行者号探测器上也有相同的构造。以前我一直以为那是什么仪器,其实就是一块钚。钚的半衰期是百十来年左右。过了这段时间之后这块钚所能释放的热量与辐射就会减半。根据设计,漫游车的电压降到一定程度之后就会停止运作,因此在其他零件坚持住的情况下,这辆车可以运行好几十年。假如你希望运行时间再长一点,还需要半衰期更长的物质。顺便说一句,好奇号上的钚足以供应一台任天堂游戏机与一台电视连续运行130年。因此假如你困在火星上,并且征用了好奇号,并且随身带着任天堂游戏机与电视,那么你至少不用担心无聊。

事实上钚的半衰期长度正合适,因为半衰期更长的物质单位时间内能够释放的热量与辐射也更少。所以在核电站事故当中,最危险的物质就是半衰期在三十年左右的物质。半衰期只有一两天的物质辐射性极强,但是很快就消耗殆尽了。还有些物质的半衰期特别长,比方说铀238的半衰期就有几十亿年,根本无法释放足够的能量。真正糟糕的物质的半衰期都在三十年左右,一方面能够造成持续时间足够长的污染,另一方面又能释放足量的辐射。至于砹,在最稳定的形式之下,它的半衰期也只有8个小时。换句话说,钚在一个世纪里释放的能量砹在一个下午就能释放出来。因此从没有人收集过足量的、肉眼可见的砹。因为砹一旦累积到肉眼能看见的大小,就会释放出足以将肉眼烧化并且将自身气化的能量。如今市面上有很多内容翔实的化学性质数据表,例如《CRC化学与物理性质手册》,其中列举了一切元素的一切特质。……假如在手册里查询砹的信息,你能查到密度之类的数据。但是你却查不到砹的外观是黑是白。假如你能形成一块足以反光的砹,这块砹释放的光亮足以压倒一切照明光源。目前最贴切的猜测是黑色,但是也有可能是金属光泽。我们可能永远不会知道。

图上是一块体积一升左右的砹,比起人类目前制造的砹的总量还多。一块砹就是一团砹原子的集合。这块砹会立即变成一道超高温气浪,这道气浪本身还会在接下来的八小时里持续散发热量,第二天还会散发少一点的热量,以此类推。我的书一开篇就写着法律免责声明,告诫读者们请勿在家尝试。假如有人具有足够过硬的门路,搞到了这么大一块砹,并且还有从事古怪实验而不被注意的环境,这么大一块砹依然会为你带来极大量文书工作。因为这块砹肯定会摧毁其所在的建筑,然后就会有很多人来找你的麻烦,包括建筑的所有者,以及花钱雇你做其他事情的人(笑声)。不过假如量小一些的话,砹释放的能量也会少一些,这样你或许还能将局面掩饰过去。假如所在房间足够坚固并且密封妥当,砹或许只会将墙壁烧焦并且将室内充满辐射,你或许可以利用工作之余的时间把这个烂摊子收拾干净,并且瞒过你的直接主管。假如砹的质量足够大,那就没有人来接收文书工作了。

这就是第七排的情况。第七排的许多元素只有数字编号,还没有正式的名字。在我背诵元素周期表,打通《口袋怪兽》,同时还人见人爱花见花开的童年时期,我注意到有名字的元素到100号或者110号就止住了。直到最近这些无名元素才开始获得名字。不过有趣的是,人们还在合成新元素。几年前科学家刚刚在粒子加速器里合成了第118号元素,终于补全了元素周期表下方的空缺。此时元素周期表已经问世很久了。我小时候背诵的每一张元素周期表的最底端都空着半行。我非常喜欢如今这张四方四正的元素周期表,以至于想要破坏粒子物理学家的实验,免得他们再合成119号元素并且破坏现有的完美队形。

之所以这些新元素直到今天才出现,是因为这些元素的粒子寿命很短,很难产生。砹之所以这么暴烈就是因为它能在8小时里释放自身积蓄的能量。可是还有些元素的半衰期是以秒乃至毫秒来计算的。所以这些元素能将砹需要一个下午释放出来的能量就在此时此刻释放殆尽。这里发生的并不是链式反应,所有的粒子会在同一时刻发生反应。不过在这里依然存在着某种链条。在元素周期表的如此偏远的区域,有些元素会释放质子与中子。例如118号元素有118个质子,衰变的时候会释放两个质子,序号也会随之下降两位,变成同样放射性极强并且半衰期极短的116号元素。这条衰变链条上的每一种元素都会瞬时衰变并且释放出越来越多的能量。

假如你能在很远很远的地方观看这一幕的话——咱们这里的风向怎么样?风是从海上吹来的,应该是从西向东吹——比方说在南部山区,你将会看到非常壮丽的景象。所有这些元素释放出来的能量相当于一颗中型核弹,只不过由于衰变链条的存在,这颗核弹会一直不停的爆炸下去。假如你的实物元素周期表的每一格都是体积一升的单质,这堵墙的宽度大约应该是几米长。光线大约需要十纳秒左右从墙壁的一边穿越到另一边,你尽管可以在这段时间内尽情欣赏这堵墙的风采,之后墙体就会被辐射蒸发。

但是即便在墙体遭到蒸发之后,电浆里裹挟的放射性原子核依旧不会停止衰变并且释放大量热量。海风会将其吹向远离你的方向,覆盖下风口的一切。我最近才意识到,蘑菇云里的尘土比空气重,因此会在冷却之后从空中降落在地面。所以辐射尘才会被称作fallout,因为的确是从蘑菇云里掉下来的。这种事按理说挺明显的,可是直到最近我才想明白。总之这团气浪里的底层元素将会不断衰变,直到最后成为砹这样的稳定物质。这时的情况将会比刚才稳定很多,因为这时只剩下了超高温等离子体而不是超高温奇特粒子团(笑声)。

这朵蘑菇云会继续向下风处飘散,使得越来越大的区域在很长一段时间内无法居住。从核事故清理善后的角度来看,这里的麻烦的确不好下手。因为这团蘑菇云当中既有高温环境又有低温环境,既有高压环境又有低压环境,而且每一种元素的样本都存在于云团当中。因此所有可能发生的化学反应都会同时发生。所有可能相互结合的原子对都会在云团的某处相互结合,结合环境也非常多样。因此一切难以清理的化学反应都会发生在云团当中(笑声)。你可以翻开化学书上的任意一页,除了辐射之外,我们肯定还要应付这一页上的问题(笑声)。当然这时候你已经焦头烂额了,可是我还是会忍不住想到,“那朵蘑菇云里面还有一升氟呢!我的防毒面具怕是不能用了。”(笑声)

如果说这个思想试验让我学到了什么,那就是帮助我接受了被《口袋怪兽》勾引起来的人生缺憾。在这个实验当中,我们仅仅能收集85到90个元素怪兽。因此与《口袋怪兽》的广告词相反,元素收藏家们是不可能“把它们都抓住”的(笑声)。

我本人是物理专业出身,对于地理学也颇有涉猎——因为我经常要研究怎样的作死行径才能导致大陆分裂以及类似的灾难。近来我还开始研究生物学。不过我总觉得化学特别难。我知道某个原子比另一个原子多几个电子,但是很难将这种知识与实际生活联系起来。质量、速度与力这样可以直观想象的概念对于我来说要容易得多。因此在我写完了这篇文章以后——这篇文章是我的书的一部分,因此截稿日期要相对宽松一些——我联系上了一位职业化学家,希望他能给我把把关。他看完了我的文章之后问的第一个问题是:“当然你绝对不应该堆砌这样一堵墙,但是你打算选择哪种形态的碳来充当墙砖呢?用一大块钻石在充当墙砖可以吗?钻石的确会在足够的高温之下燃烧,但是那样的高温很难达到。冷战当中的测试项目就遭遇过这样的问题,人们无法确定如此剧烈的爆炸究竟会将物体炸飞,还是在此之前就会使其解体。因此钻石很可能并不会被爆炸烧毁。”

早年间我们还在进行核试验的时候,曾经进行过一个“下水道鲍勃行动”(Operation Plumbbob)。人们在地下室里引爆了一枚核弹,地下室与地面之间有一道竖井相连,竖井井口盖着沉重的铁质盖子。根据计算,核弹爆炸产生的压力无处可去,将会全部通过竖井释放出来。人们并不认为井盖会解体,但是的确很可能被喷到天上去。一位当事人日后接受参访时表示,当时他们觉得井盖的速度一定是个很大的数字,于是他们在距离井口四分之一英里处设立了高速摄像机,每秒大约三百帧。核弹引爆之后,盖子在胶片上仅仅出现了一格就消失了。所以他们大概知道井盖的速度下限,但是并不知道上限。根据我的计算,井盖的速度大约是每秒几十公里。测试人员自己估算的数字是每秒65公里。我们经常说太阳神号探测器是人类制造的运动速度最快的人造物体。当然速度的快慢不能脱离参考系,不过假如将太阳当做参照物,太阳神号探测器的运动速度的确达到了每秒六七十公里。但是在极短的一段时间内,这个井盖或许才是运动速度最快的人造物体。地球的逃逸速度仅仅是每秒10公里不到,太阳系的逃逸速度也仅有每秒四十公里而已。

我们至今都没能找到这个井盖(笑声)。假如井盖的飞行方向恰好与地球的自转方向相一致,那么还要加上地球本身每秒三十公里的运行速度,这样一来就达到了每秒100公里左右,完全可以飞出太阳系。即便在丧失了初速度之后,这个井盖依然会比旅行者号飞船飞得更快,一马当先地成为人类文明的象征向群星之间飞去(笑声),想一想真有些小激动呢。不过进一步的计算又显示,由于井盖不够大,很可能在大气层里就因为摩擦而烧光了。恐怕这也是地球历史上唯一一次出现自下而上飞行的流星。

总之,我和我的化学家顾问谈话的时候,他指出:“那块钻石很可能会从爆炸现场炸飞出去并且完好着陆。”如果真是这样,我至少可以回收这块钻石,用来偿付我对实验室与城市造成的破坏。接着他又说:“当然,首先要将钻石表面的有毒物质全都擦掉。”(笑声)

……

经常有人问我为什么要写这些研究如何毁灭地球的文章,为什么在我的文章结尾所有人都要死。因为根据读者们提出的问题,肯定会推导出这样的场景。但是我始终在努力不去夸大其词,而是以尽可能有趣的方式来描述事实。我总会寻找专家进行核实,确保我没有说空话。我所谈论的科学现象当真有这么古怪可怕吗?还是说实际情况其实更加复杂呢?令我欣慰的是,科学事实往往总是远比我的想象更加可怕。我觉得这正是我的所作所为的最有趣之处,也就是探索各种科学能够展现在我们面前的疯狂、刺激、有趣、振奋以及可怕的场景。

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