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[what if]第119期:激光雨伞Comments>>

发表于 2014-11-28 14:59 | Tags 标签:, ,

提问:

用雨伞或者帐篷遮雨太没意思了,如果你用一个激光发射器瞄准落下来的每一个雨滴,在它们落到离地10英尺的高度前就把它们一一汽化会怎么样?

—— Zach Wheeler

回答:

用激光束来遮雨听上去完全可行,如果你……

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虽然激光雨伞这个想法听上去很有吸引力,但它……

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(你肿么啦?)

好吧,我们现在讨论的是用激光来遮雨的问题。

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(谁允许你讨论这个问题了?)

这个想法不那么有可行性。

首先我们来看看基本的能量需求。汽化一升水需要约260万焦耳的能量,[1]而在一场大雨中每小时的降雨量可达半英寸(约1.27厘米)。就这点来说这个问题回答起来并不难,你只需要把降水的体积乘以260万焦耳就能得出激光雨伞需要的能量了(单位:瓦/平方米遮蔽面积)。咋一看到这个简单直白的式子,你可能还不太习惯:

260万焦耳/升 * 0.5英寸/小时 = 9200 瓦/平方米

每平方米9千瓦的能量密度比阳光照射地面传递的能量密度还要高一个数量级,因而你的周围温度会上升地很快。事实上你会在你身边制造出一团蒸汽,而你还在不停地向这团蒸汽输入激光能量。

换言之,你将会造出一个人体大小的高压锅。我不用说你也知道高压锅不是一个居住的好地方。

但还有更糟的事呢!用激光汽化一颗水滴比看上去的要更复杂。[2]有很多很多很多篇论文在研究这个话题,总之就是要以极快的速度输入大量的能量,才能汽化水滴而不是把它们打碎成更小的水滴。

这个视频中你可以看到当一颗水滴被激光脉冲击中后,只汽化了很小一部分,其余的都被打碎成更小的水滴了。结论是之前提到的能量需求已经够多了,如果你想彻底汽化一颗水滴,需要的能量更加不可想象。

接下来我们来谈谈瞄准的问题,理论上来说这个问题应该是可以解决的,自适应光学系统可以快速并准确地控制光束。覆盖一个100平方米的面积(在Zach完整的提问中提到了这个方面)每秒需要发出约5万个脉冲。这个速度已经慢到不会引发任何直接与相对论有关的问题,但是说实话,你的这个系统再简单也不能只有一个装在旋转底座上的激光发射器吧。

也许我们应该完全放弃瞄准,而是随机朝某个方向发射激光。[4]

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(一了百了地解决了所有问题)

如果你朝一个随机方向发射激光,激光前进多远才会撞上一滴雨滴?这个问题很简单,其实问得就是你在下雨天能看多远,答案是至少有几百米。除非你想保护你周围的所有邻居,否则随机方向发射激光是没有多少用处的。

而且实话实说,如果你真的打算保护你的邻居……

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(起火的原因有许多:在床上吸烟,干燥的棉絮,感生电流,太阳光斑,小潮,环氧合酶被抑制,eBay,生火器,吃豆人游戏中的一个鬼魂跑了出来,撞倒了你家的一根蜡烛)

……随机发射威力巨大的激光真的一点作用都不会有。

注释

  • 注1:如果水的温度更低一点,需要的能量也就更多,但差别不大。把水加热到沸点只会用去260万焦耳能量中的一小部分,绝大部分能量都被用来将100摄氏度的水变成100摄氏度的水蒸气了。
  • 注2:而且老实来说,光是看上去就已经很复杂了。
  • 注3:J.C Carls 和J.R Brock写的论文《水滴在经脉冲激光加热后产生的爆炸》(Explosion of a water droplet by pulsed laser heating)中写道:“……在实践中,把一颗水滴加热到极高的温度而不产生巨大的位移……是非常困难的。”
    这篇论文里还有许多有意思的句子,比如“水珠看上去仍然保持了基本的形状,并没有碎裂开来”,“之前形成的颗粒很有可能会被汽化”,“在做了一些奇怪的事情后,状态方程得出的结果也很奇怪”,“雪崩般破碎”,“极低的气压,有时甚至是负值”,“可能产生的最剧烈的反应”以及“观察到了极高的温度”。
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19 Responses to “[what if]第119期:激光雨伞”

  1. akfish说道:

    此文一开始就跑偏了吧。
    雨伞的工作原理,是偏转雨滴的方向,使其不滴到使用者的狗头上。假定激光雨伞的工作原理是气化所有水滴,就是耍流氓。
    所以其实到了那个激光打水滴的视频时,这篇文章就自我打脸了。那个视频明明就给出了一种可行的方案:激光是能够使雨滴偏转方向的,用到的能量不过是mJ级别。

    • 雪之翔翼说道:

      提问者问的就是关于汽化,整篇文章也是在谈汽化……哪里有跑偏了……

    • cjagtasa3说道:

      请对照提问自我打脸三分钟~

    • 雨森林说道:

      问题一开始就说明是“汽化”了。并不是简单的遮雨。

      • akfish说道:

        标题是《激光雨伞》,而不是《激光雨滴汽化器》。
        标题先于“一开始”,此文要不然是审题不明+偷换概念,要不然是乱取标题。

        • ejhxe说道:

          只是标题取错了而已

        • akalin说道:

          的确没人规定激光雨伞要以何种方式躲避雨滴,但what if这个栏目是专门回答网友某个特定问题的。而这位Zach Wheeler要求用激光汽化,xkcd很忠实地回答了这个问题。你所说“偏转雨滴的方向”是普通雨伞的功能,如果有问题可以上他的网站提问去,不要想着打作者的脸。

        • 猪的米说道:

          原文标题就是laser umbrella 。。我觉得作者的意思是起到雨伞的作用吧 就是不让雨淋到身上 不管用什么方式

        • 破晓的余晖说道:

          提问者的问题就是问能不能用激光汽化雨滴的形式来挡雨,原文如下“如果你用一个激光发射器瞄准落下来的每一个雨滴,在它们落到离地10英尺的高度前就把它们一一汽化会怎么样?”,做的回答没有跑偏,你不要抓着题目不放,这个题目不是提问者写的,而是作者写的

    • fanboshi说道:

      雨伞就是让雨不淋到你脑袋上的那个玩意,他怎么生效不影响他是否雨伞吧···
      就像现在有没有扇叶的风扇一样···

  2. zwj说道:

    激光的波长范围很大啊,如果找一个THz的波段,水吸收很强那种,效率不就蹭上去了么

  3. 李中原说道:

    用雨伞或者帐篷遮雨太没意思了,如果你用一个激光发射器瞄准落下来的每一个雨滴,在它们落到离地10英尺的高度前就把它们一一汽化偏转雨滴的方向会怎么样?

  4. 将就看懂说道:

    千焦耳级别制造----距地面十尺+十平米的----部份气化还是可行滴滴滴----气化的那部分足以形成上升气流和微云团了。
    =实验者头上方总是飘着一朵云,相当于一把伞。

  5. 国际盲流说道:

    "半英尺(约1.27厘米)",应该是半英寸

  6. 你妈死前对隔壁老王说道:

    如果每期WHATIF都发生在同一天,那会怎么样?

  7. flynn说道:

    弱弱的问一下,在原文网站中注释的地方可以隐藏么?拦住了一些词看的好不爽

  8. 小学生说道:

    1,伞的 形状什么样。
    2,考虑能量。你使用10分钟。需要多少焦耳的能量

  9. 大脚说道:

    用激光偏转每个雨滴,真是个天才的想法,而且看来似乎可行

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