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標(biāo)題: 細(xì)線切割巨輪，《三體》里的古箏行動(dòng)現(xiàn)實(shí)嗎,？ [打印本頁(yè)]
作者: twq19810302 時(shí)間: 2023-2-20 14:17
標(biāo)題: 細(xì)線切割巨輪,，《三體》里的古箏行動(dòng)現(xiàn)實(shí)嗎,？
《三體》電視劇的第29集，都看過(guò)了沒(méi)有�,�,？
- ~, D) Y" r+ P* n, b8 l這一集堪稱神作，近乎完美展現(xiàn)了原著第一部里的高潮情節(jié)——古箏行動(dòng),。
《三體》電視劇海報(bào) | 騰訊視頻
3 ^7 F2 X9 x, f1 ]+ m0 h1 M( D這是全球軍方的一場(chǎng)聯(lián)合行動(dòng),，利用劇中人物汪淼研發(fā)的納米材料“飛刃”，在巴拿馬運(yùn)河最窄處拉起數(shù)十條納米細(xì)線,，如同古箏上的琴弦,。
. w: w0 R4 F& W g6 y" Z當(dāng)?shù)厍蚺衍奅TO的大本營(yíng)——“審判日”號(hào)巨輪駛過(guò)時(shí)，強(qiáng)度極高的細(xì)線將巨輪切割成了40多張薄片,，一舉消滅了船上的ETO成員,，同時(shí)截獲了三體人的重要信息。
被“古箏”切成數(shù)十張薄片的“審判日”號(hào)巨輪 | 《三體》電視劇
6 z* H% `, T& p% L" F, x電視劇《三體》復(fù)現(xiàn)了這一情節(jié),，巨輪像豆腐一樣被悄無(wú)聲息地切開(kāi)后又像一疊撲克牌那樣向前攤開(kāi)的場(chǎng)面,，令人拍案叫絕。
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盡管《三體》是一個(gè)科幻故事,，但對(duì)于如此令人印象深刻的古箏行動(dòng),，不少讀者難免會(huì)有一絲好奇：現(xiàn)實(shí)世界中真的有細(xì)絲能切割巨大的輪船嗎？
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古箏行動(dòng),，現(xiàn)實(shí)中可行嗎,？
9 z2 U( a8 l4 y8 C9 c在我們的日常生活中，細(xì)線切開(kāi)物體的例子比比皆是,。
* |& [+ t( R- Y& P' n/ b一根鐵絲能輕松切開(kāi)豆腐,，切蛋器的鋼絲能將雞蛋切片，還有風(fēng)箏線割傷人的身體甚至汽車車身的新聞……
. c: R/ z6 Z4 h似乎細(xì)線狀的物體,，就是為切割而生的,。
切蛋器的原理和古箏行動(dòng)類似
6 y3 o7 j% S5 D5 k4 @ b/ ~細(xì)線能切割物體，一個(gè)重要原因是能夠在物體表面產(chǎn)生巨大的壓強(qiáng),。
/ L( D- Z( O2 y. x9 @2 A壓強(qiáng)是物體在單位面積上受到的壓力,，在壓力相同的情況下，細(xì)線和物體的接觸面積很小,，巨大的壓強(qiáng)使物體變形甚至割裂,。
5 w! T( q1 k+ T# i, G$ I壓強(qiáng)的單位是帕斯卡，簡(jiǎn)稱為帕（Pa）,。
釘子可以釘進(jìn)木板,，保齡球瓶卻不行，就是因?yàn)閴簭?qiáng)不同｜可汗學(xué)院
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而對(duì)于被細(xì)線切割的物體,，要評(píng)判它容不容易被細(xì)線切斷,，一個(gè)重要的指標(biāo)就是硬度（hardness）,。
g& m" ^ g5 `( A$ L& ^按照材料力學(xué)的定義，硬度是材料在一定條件下抵抗硬物壓入其表面的能力,，壓入表面的形式包括變形,、劃痕、切削等等,。
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以豆腐,、蛋糕為例，用手一捏就會(huì)變形,，硬度很低,，找一根鐵絲就很容易切開(kāi)；而鋼鐵的硬度很高,，用細(xì)線切開(kāi)絕非易事,。
: K# H7 O) A! x& [7 \衡量材料硬度的標(biāo)準(zhǔn)有很多種，比如說(shuō)大家熟悉的莫氏硬度（Mohs scale）,，是根據(jù)礦物相互刻劃的劃痕來(lái)定義的,。不過(guò)，莫氏硬度并不能反映材料的絕對(duì)硬度,，不利于定量分析,。
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一種較多采用的硬度標(biāo)準(zhǔn)是布氏硬度（Brinell scale），測(cè)量方法用硬質(zhì)合金球壓頭在材料上施加力使其產(chǎn)生永久壓痕變形,，實(shí)驗(yàn)施加的力除以壓痕的表面積就是布氏硬度的值,。
測(cè)量布氏硬度的示意圖 | Wiki
7 F) I9 s& X7 H3 v5 F @# e同樣是力除以面積，布氏硬度的單位和壓強(qiáng)正好相同,，都是Pa,。
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鋼鐵的布氏硬度一般在200 MPa左右，1 MPa等于100萬(wàn) Pa,。這個(gè)壓強(qiáng)有多大呢,？大概相當(dāng)于800頭大象同時(shí)站在你的一只腳上。施加如此大的壓強(qiáng)才能造成形變,，可見(jiàn)鋼鐵的硬度有多高,。
鋼鐵的布氏硬度很高，以MPa為量級(jí) | Dreamstime
: p# V# p; ~+ \" T9 o: F4 W雖然細(xì)線與材料接觸面積小,，但是要突破鋼鐵的布氏硬度進(jìn)而實(shí)現(xiàn)切割,，對(duì)力學(xué)性能的要求還是過(guò)于嚴(yán)苛。
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在小說(shuō)的設(shè)定中,，切割巨輪的細(xì)線粗細(xì)大約相當(dāng)于頭發(fā)絲的十分之一,，直徑大概是10微米左右。對(duì)巨輪的攔截長(zhǎng)度不妨計(jì)為20米,。簡(jiǎn)單估算后可知,，要達(dá)到200 MPa的壓強(qiáng)，每根細(xì)線在垂直方向上所受的力高達(dá)40000牛頓,。
垂直方向上受力40000牛頓,，相當(dāng)于細(xì)線上踩了一頭大象 | 圖蟲(chóng)創(chuàng)意
1 Q% C6 U a6 k6 C, a. e# J. j9 A不僅需要幾十米的長(zhǎng)度，還要在側(cè)面受到極大的壓力,，切割過(guò)程中還有磨損與發(fā)熱,，這是直徑只有10微米的線狀材料難以承受的。
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在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),，人類可能都無(wú)法找到合適的材料,，制備出如此強(qiáng)大的細(xì)線。
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機(jī)械工程中的“線切割”
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雖然古箏行動(dòng)在現(xiàn)實(shí)中暫時(shí)還很難實(shí)現(xiàn),，但是在實(shí)際的工程技術(shù)中,，用線狀工具切割材料的場(chǎng)景并不少見(jiàn)。
4 V @7 t4 _* S3 F8 R% ]7 Y線鋸（wire saw）就是一種專門用金屬線或纜繩切割大塊固體材料的工具,。典型的金剛石切割線,，結(jié)構(gòu)是利用燒結(jié)、電鍍或釬焊等方式將金剛石磨粒固定在高強(qiáng)度鋼線上,，與待切割物體進(jìn)行高速磨削運(yùn)動(dòng),，從而達(dá)到切割的目的。從寶石,、水晶到花崗巖,、鋼筋混凝土，金剛石切割線幾乎可以切割任何硬度小于金剛石的材料,。
線鋸切割花崗巖 | optimaindia.com
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機(jī)械制造業(yè)中還有一種叫做“線切割”的加工技術(shù),，全名是電火花線切割加工（Wire Cut Electrical Discharge Machining）。加工方法是用一根移動(dòng)的金屬線充當(dāng)電極,，在電極與工件之間施加脈沖電壓進(jìn)而產(chǎn)生火花放電,，放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫將工件表面熔化或汽化，通過(guò)控制電壓即可將工件切割成預(yù)想的尺寸和形狀,。
線切割技術(shù)用電火花熔化材料 | sl-machining
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雖然表面上同樣是用線狀物體切割材料,，線鋸和線切割的原理和古箏計(jì)劃中細(xì)絲切割輪船完全不同。
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線鋸切割主要依靠材料之間的高速摩擦,，而線切割與其說(shuō)是“切”,，不如說(shuō)是“燒”，是用火花放電的高溫來(lái)對(duì)材料進(jìn)行加工,，金屬絲甚至沒(méi)有和材料發(fā)生接觸,。
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與之對(duì)比，古箏行動(dòng)中的細(xì)線單純用硬壓的方式切割輪船,，只能說(shuō)是小說(shuō)的劇情需要,。
7 N' j, q: R6 y無(wú)堅(jiān)不摧的“水刀”
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讓我們刨根問(wèn)底一下,，如果我就想通過(guò)極高的壓強(qiáng)直接暴力擊穿和切割鋼鐵，在現(xiàn)有技術(shù)條件下能否實(shí)現(xiàn)呢,？
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能,！大名鼎鼎的“水刀”就是,。
+ }3 _8 [( X0 M; b9 X水刀即高壓水射流切割技術(shù)（Water Jet Cutting）,，水流經(jīng)過(guò)增壓后從口徑極小的噴嘴中噴出，形成射速可達(dá)1000米/秒（約3倍音速）的“水箭”,，憑借超高的壓強(qiáng)切割接觸的物體,。
水刀切割手表 | Interesting Engineering
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上文提到鋼鐵的布氏硬度大約是200MPa,，而水刀的壓強(qiáng)最高能超過(guò)400MPa，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)大多數(shù)材料能夠承受的極限,。
: c2 M6 E! z# M7 S- u不僅如此,，水刀的水流中還會(huì)混入磨料顆粒，從而獲得鋸條的特性,，進(jìn)一步增加切割能力,，幾乎可以切割任何硬質(zhì)材料。
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水刀切割8英寸（約20厘米）厚不銹鋼塊 | SchGo Engineered Products, Inc.
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然而,，即使是削鐵如泥的水刀,，和古箏行動(dòng)中細(xì)線的切割能力相比，還是差得很遠(yuǎn),。
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水刀的水流在噴出噴嘴后會(huì)發(fā)散,，還會(huì)受到空氣阻力的影響，因此能量隨距離快速衰減,，切割厚度最多達(dá)到10-20厘米的量級(jí),，對(duì)于切割巨輪那么龐大的物體完全無(wú)能為力。
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更不用說(shuō)水刀工作起來(lái)聲勢(shì)浩大,，像古箏行動(dòng)那樣悄無(wú)聲息割船于無(wú)形,，也是不可能做到的。
( {( e7 }' T9 S* @6 b割船不是目的,，太空電梯沖呀,！
7 a1 ^$ l) D0 g& b( M1 M9 s; u恐怕真的要像《三體》的科幻設(shè)定那樣，等人類發(fā)明出力學(xué)性能超強(qiáng)的材料,，即“飛刃”,，才有可能完成古箏行動(dòng)這樣的“邪招”——既不動(dòng)聲色殺全船人于無(wú)形，又最大限度確保不知道存在哪里的三體人信息不被破壞,。
這樣的場(chǎng)景,，暫時(shí)還只能是科幻 | 《三體》電視劇
5 I* S+ F$ ?! l# e5 M, n+ [7 i如果人類真的能夠發(fā)明出力學(xué)性能如此強(qiáng)大的材料，那么它將擁有極其廣大的應(yīng)用場(chǎng)景，絕不只是切割一艘巨輪這么簡(jiǎn)單,，更會(huì)為人類文明帶來(lái)跨越式的發(fā)展,。
2 v1 f% ] C# A( ~在《三體》的故事線里，正是因?yàn)橥繇到鉀Q了“飛刃”的量產(chǎn)問(wèn)題,，這種無(wú)比堅(jiān)韌的納米材料才在續(xù)作里應(yīng)用于太空電梯的制造,，使得200年后的人類得以大規(guī)模進(jìn)入太空，組建起了由2000艘星際戰(zhàn)艦構(gòu)成的龐大太空艦隊(duì),，信心滿滿地正面迎戰(zhàn)三體文明發(fā)來(lái)的先遣探測(cè)器。
《流浪地球2》里的太空電梯,，用的也是汪淼的“飛刃”吧…… | 《流浪地球2》預(yù)告片
5 J# l% j& x- D$ m* h只可惜,，如此令人艷羨的太空技術(shù)飛躍，三體文明看在眼中,，其實(shí)并不在乎…… （不能再多說(shuō)了,，要不就劇透到第二部了。）
5 u. u( @9 i7 N4 `$ ]好在,，現(xiàn)實(shí)世界里人類并沒(méi)有面臨三體危機(jī),，也不需要用古箏行動(dòng)去切割巨輪，但像太空電梯那樣能夠大規(guī)模低成本邁進(jìn)太空帶來(lái)的好處卻是實(shí)實(shí)在在的,。
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現(xiàn)實(shí)世界的“汪淼”們加油,！
5 r4 A3 @. r8 k( M' W9 ^2 u畢竟，我們的征途是星辰大海,。
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作者: jxzdh1002 時(shí)間: 2023-3-6 16:32
海賊王里面有個(gè)惡魔果實(shí)能力者,，多弗朗明哥，線線果實(shí),。
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