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標題: 細線切割巨輪，《三體》里的古箏行動現(xiàn)實嗎？ [打印本頁]
作者: twq19810302 時間: 2023-2-20 14:17
標題: 細線切割巨輪，《三體》里的古箏行動現(xiàn)實嗎？
《三體》電視劇的第29集，都看過了沒有啊？
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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。
《三體》電視劇海報 | 騰訊視頻
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這是全球軍方的一場聯(lián)合行動，利用劇中人物汪淼研發(fā)的納米材料“飛刃”，在巴拿馬運河最窄處拉起數(shù)十條納米細線，如同古箏上的琴弦。
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當(dāng)?shù)厍蚺衍奅TO的大本營——“審判日”號巨輪駛過時，強度極高的細線將巨輪切割成了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”號巨輪 | 《三體》電視劇
3 X$ K9 ~% P2 C3 A% g! d2 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聲息地切開后又像一疊撲克牌那樣向前攤開的場面，令人拍案叫絕。
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盡管《三體》是一個科幻故事，但對于如此令人印象深刻的古箏行動，不少讀者難免會有一絲好奇：現(xiàn)實世界中真的有細絲能切割巨大的輪船嗎？
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古箏行動，現(xiàn)實中可行嗎？
! J2 w% O; |. v) {3 n在我們的日常生活中，細線切開物體的例子比比皆是。
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一根鐵絲能輕松切開豆腐，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……
: R7 s @( H8 t似乎細線狀的物體，就是為切割而生的。
切蛋器的原理和古箏行動類似
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細線能切割物體，一個重要原因是能夠在物體表面產(chǎn)生巨大的壓強。
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壓強是物體在單位面積上受到的壓力，在壓力相同的情況下，細線和物體的接觸面積很小，巨大的壓強使物體變形甚至割裂。
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壓強的單位是帕斯卡，簡稱為帕（Pa）。
釘子可以釘進木板，保齡球瓶卻不行，就是因為壓強不同｜可汗學(xué)院
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而對于被細線切割的物體，要評判它容不容易被細線切斷，一個重要的指標就是硬度（hardness）。
, T1 d1 R; ~+ D f0 w) m/ o- X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。
/ _9 I; |! {& i! h以豆腐、蛋糕為例，用手一捏就會變形，硬度很低，找一根鐵絲就很容易切開；而鋼鐵的硬度很高，用細線切開絕非易事。
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衡量材料硬度的標準有很多種，比如說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定義的。不過，莫氏硬度并不能反映材料的絕對硬度，不利于定量分析。
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一種較多采用的硬度標準是布氏硬度（Brinell scale），測量方法用硬質(zhì)合金球壓頭在材料上施加力使其產(chǎn)生永久壓痕變形，實驗施加的力除以壓痕的表面積就是布氏硬度的值。
測量布氏硬度的示意圖 | Wiki
& z0 c5 Q. X5 ]0 t: f# J2 x同樣是力除以面積，布氏硬度的單位和壓強正好相同，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 Pa。這個壓強有多大呢？大概相當(dāng)于800頭大象同時站在你的一只腳上。施加如此大的壓強才能造成形變，可見鋼鐵的硬度有多高。
鋼鐵的布氏硬度很高，以MPa為量級 | Dreamstime
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雖然細線與材料接觸面積小，但是要突破鋼鐵的布氏硬度進而實現(xiàn)切割，對力學(xué)性能的要求還是過于嚴苛。
4 ?& R3 @- h1 A在小說的設(shè)定中，切割巨輪的細線粗細大約相當(dāng)于頭發(fā)絲的十分之一，直徑大概是10微米左右。對巨輪的攔截長度不妨計為20米。簡單估算后可知，要達到200 MPa的壓強，每根細線在垂直方向上所受的力高達40000牛頓。
垂直方向上受力40000牛頓，相當(dāng)于細線上踩了一頭大象 | 圖蟲創(chuàng)意
. z6 P. B; N% `) H+ z不僅需要幾十米的長度，還要在側(cè)面受到極大的壓力，切割過程中還有磨損與發(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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在未來很長一段時間內(nèi)，人類可能都無法找到合適的材料，制備出如此強大的細線。
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機械工程中的“線切割”
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雖然古箏行動在現(xiàn)實中暫時還很難實現(xiàn)，但是在實際的工程技術(shù)中，用線狀工具切割材料的場景并不少見。
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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度鋼線上，與待切割物體進行高速磨削運動，從而達到切割的目的。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的金屬線充當(dāng)電極，在電極與工件之間施加脈沖電壓進而產(chǎn)生火花放電，放電產(chǎn)生的瞬時高溫將工件表面熔化或汽化，通過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
: d) e. G3 I* v" ?( U4 @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劃中細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，而線切割與其說是“切”，不如說是“燒”，是用火花放電的高溫來對材料進行加工，金屬絲甚至沒有和材料發(fā)生接觸。
@, B; I! y& i3 X與之對比，古箏行動中的細線單純用硬壓的方式切割輪船，只能說是小說的劇情需要。
Z$ U3 V4 i; y' \8 T. `無堅不摧的“水刀”
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讓我們刨根問底一下，如果我就想通過極高的壓強直接暴力擊穿和切割鋼鐵，在現(xiàn)有技術(shù)條件下能否實現(xiàn)呢？
4 W2 B/ L4 T& b S, p能！大名鼎鼎的“水刀”就是。
; W7 H* N* Q, E4 R7 o. t6 E水刀即高壓水射流切割技術(shù)（Water Jet Cutting），水流經(jīng)過增壓后從口徑極小的噴嘴中噴出，形成射速可達1000米/秒（約3倍音速）的“水箭”，憑借超高的壓強切割接觸的物體。
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，而水刀的壓強最高能超過400MPa，已經(jīng)遠遠超過大多數(shù)材料能夠承受的極限。
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不僅如此，水刀的水流中還會混入磨料顆粒，從而獲得鋸條的特性，進一步增加切割能力，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，和古箏行動中細線的切割能力相比，還是差得很遠。
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水刀的水流在噴出噴嘴后會發(fā)散，還會受到空氣阻力的影響，因此能量隨距離快速衰減，切割厚度最多達到10-20厘米的量級，對于切割巨輪那么龐大的物體完全無能為力。
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更不用說水刀工作起來聲勢浩大，像古箏行動那樣悄無聲息割船于無形，也是不可能做到的。
% w+ C% j- a/ }割船不是目的，太空電梯沖呀！
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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)性能超強的材料，即“飛刃”，才有可能完成古箏行動這樣的“邪招”——既不動聲色殺全船人于無形，又最大限度確保不知道存在哪里的三體人信息不被破壞。
這樣的場景，暫時還只能是科幻 | 《三體》電視劇
5 a* N$ g8 Y( C$ e) g# m7 }, k' y如果人類真的能夠發(fā)明出力學(xué)性能如此強大的材料，那么它將擁有極其廣大的應(yīng)用場景，絕不只是切割一艘巨輪這么簡單，更會為人類文明帶來跨越式的發(fā)展。
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在《三體》的故事線里，正是因為汪淼解決了“飛刃”的量產(chǎn)問題，這種無比堅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，信心滿滿地正面迎戰(zhàn)三體文明發(fā)來的先遣探測器。
《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
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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，其實并不在乎…… （不能再多說了，要不就劇透到第二部了。）
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好在，現(xiàn)實世界里人類并沒有面臨三體危機，也不需要用古箏行動去切割巨輪，但像太空電梯那樣能夠大規(guī)模低成本邁進太空帶來的好處卻是實實在在的。
* C: e6 @! H6 }: j- Q: k現(xiàn)實世界的“汪淼”們加油！
: X8 L, M6 w+ k3 K5 A畢竟，我們的征途是星辰大海。
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作者: jxzdh1002 時間: 2023-3-6 16:32
海賊王里面有個惡魔果實能力者，多弗朗明哥，線線果實。
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