一摩尔鼹鼠
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Sean Rice
如果你把一摩尔鼹鼠1放在某个地方会发生什么?
事情会变得有点恐怖。
我们首先来了解一下摩尔的定义。摩尔是一个单位,尽管不太常见。 它真的只是一个数字——就像“一打”(12个)或十亿。如果你有一摩尔某种物质的话,意味着你有602214129000000000000000(通常写作$6.022\times 10^{23}$)个该物质。 这个数非常大,以至于它被用来计算原子的数目,而原子可是有很多的。
“一摩尔”约等于一克氢气中的原子数,也恰好等于装满一整个体育场的沙粒数。
而鼹鼠则是一类掘穴型哺乳动物。鼹鼠有很多种,而有些会让人毛骨悚然(胆小慎入)。
那一摩尔鼹鼠——602214129000000000000000——看起来会成什么样子?
在拿起计算器之前,毛估的念头在我脑海一闪而过。我尝试着去理解这个数量级的概念——在这个概念之下,10、1、0.1其实已经差不多了,我们可以把它们近似看作相等。
我可以拿起一只鼹鼠并把它扔出去。[来源请求]我能扔出去东西的质量就是一磅重,一磅就是一千克。 602214129000000000000000这个数字看起来是一万亿($10^{12}$)的两倍长,意味着它就是一万亿万亿。我记得有一颗行星刚好就是一万亿万亿千克重来着。
如果有人问起来,千万别说是我教你这么数的……
现在已经很明显,我们是在行星的尺度上讨论鼹鼠的数量。尽管这是一个非常粗略的估计,因为一个因素就可能造成成千上万的误差。
让我们更进一步。
一只美洲鼹鼠质量约为75克,则一摩尔鼹鼠总重为 $$ (6.022 \times 10^{23}) \times 75g \approx 4.52 \times 10^{22}kg $$ 比月球质量的一半要少一点。
哺乳动物身体里大部分是水。一千克水体积为一升。所以如果鼹鼠们质量为$4.52 \times 10^{23}$千克,他们大约就会占据$4.52 \times 10^{23}$升的体积。你可能会注意到我们忽略了鼹鼠们之间的空隙,待会你就知道为什么了。
$4.52 \times 10^{22}$的立方根是3562千米,这意味着半径为2210千米的肉球,或者是棱长为2213英里的肉立方体。 (有一个我之前从来没有注意到的巧合是1立方英里和$\frac{4}{3}\pi$公里非常接近。所以半径为X千米的球和棱长为X英里的立方体体积相等。)
如果鼹鼠们全部被堆在地球表面上,可以堆80千米高——刚好是(堆之前)太空的边缘。
这片肉山肉海将会使地球上绝大多数生物灭绝。所以我们还是不要在地球上这么干了吧。
那让我们把视线转向太空。 万有引力会把这些鼹鼠们变成一个球。 动物肉不怎么能被压缩,所以它们只会在万有引力的作用下稍稍变小一点,最后我们就得到了一个比月球稍大一点的鼹鼠星。
鼹鼠星的重力是地球的$\frac{1}{16}$,与冥王星相似。 一开始,这颗行星是不冷不热的——只比室温高一点——然后引力的收缩会使鼹鼠星的核心温度上升一点。
然后事情就变得奇怪起来了。
鼹鼠星现在是一团含有巨量能量的大肉球(其中蕴含的能量能够为当今2世界上所有的人提供300亿年的份额)。 通常情况下,当有机物质降解时,很多能量会以热能的方式被释放出来。 但在这颗鼹鼠星的内部各处,大部分地方的压强都超过了100兆帕。 这足以杀死任何细菌并给鼹鼠星消毒——包括分解鼹鼠组织的微生物。
在压强相对较小的表面附近,还存在着另外一个分解障碍:鼹鼠星内部含氧量极低。 没有氧气,通常的分解无法进行,唯一能够分解鼹鼠的是那些不需要氧气的细菌。 尽管分解效率较低,但是无氧分解也可以释放大量热量。 如果不加抑制继续进行下去的话,整个星球都会被煮沸。
不过无氧分解自身也会限制自己的速度。几乎没有细菌能够在超过60°的环境下存活。 所以当温度上升时,细菌相继死亡,分解速度下降。 在鼹鼠星各处,鼹鼠的尸体被分解为油母岩质,一种糊状有机物质。 如果星球温度继续上升,这些物质最终将变成石油。
星球的外表面向太空辐射热量后结冰被冻住。 因为鼹鼠们形成了一件字面意义上的皮大衣,结冰后,它就会将鼹鼠与外太空隔绝开来,减缓了热量散失的速度。 然而,液体内部的热流以对流为主。 热肉的羽流和甲烷等被困在内部的气泡,以及来自死去鼹鼠肺部的空气,周期性地从鼹鼠地壳中升起,如同火山般从地表喷出。 这是一个死亡间歇泉,将鼹鼠炸离鼹鼠星。
最终,经过几百几千年之后,鼹鼠星逐渐冷却、平静下来,然后开始封冻。 内核处于如此高的压力下,当它冷却时,水会结晶成奇异的冰 III 和冰 V形式,最后形成冰 II 和冰 IX。
总的来说,这是一幅相当暗淡的画面。我们换个思路。
我没有任何可信的全球鼹鼠(或者小型哺乳动物)的数量,但我们干脆瞎蒙一下,估计老鼠、田鼠和其他小型哺乳动物至少人手一只。
银河系内可能有大约十亿颗益居行星。 如果我们去殖民,我们肯定要带上这些老鼠们。 如果仅有百分之一拥有与地球上小型哺乳动物数量相当,在几个百万年之后——不久,就只是进化时间——曾生活过的小动物数量将会超过阿伏加德罗常数3。
如果你想要一摩尔鼹鼠,你得先造一艘宇宙飞船。
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