還是讀者的留言，問(wèn)到了真空爆炸：“在真空狀態(tài)下，沖擊波表現(xiàn)出來(lái)的是什么樣的形態(tài)”

這個(gè)問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，實(shí)則充滿物理學(xué)的趣味陷阱。我們?nèi)粘？吹降谋ǎ瑹o(wú)論是新聞中的工業(yè)事故，還是大片里的戰(zhàn)場(chǎng)鏡頭，幾乎無(wú)一例外地都依賴一個(gè)要素：空氣。那些巨大的火球、翻滾的氣浪、震耳欲聾的轟鳴，其實(shí)都是在有介質(zhì)——比如空氣或水——的環(huán)境中才成立的。而當(dāng)我們把這個(gè)問(wèn)題扔進(jìn)太空，答案卻變得完全不同。

首先，我們要討論什么是沖擊波了。沖擊波，顧名思義，是“沖擊+波動(dòng)”共同作用的產(chǎn)物。在物理上，它是一種傳播速度極快的壓縮波，能量在空間中以某種形式迅猛推進(jìn)。但這種推進(jìn)并不是“憑空發(fā)生”的，而是依賴于“介質(zhì)”的存在。

在之前的文章《99.999%的人對(duì)爆炸一無(wú)所知，從彈道導(dǎo)彈打航母說(shuō)起》其實(shí)W君已經(jīng)給大家透露過(guò)一個(gè)很核心的概念——爆炸和介質(zhì)中聲波能量的最大上限有關(guān)。所以咱們繼續(xù)99.999%的話題。

那什么是介質(zhì)？簡(jiǎn)單說(shuō)，就是傳遞能量的載體。在我們熟悉的地球環(huán)境中，空氣就是最常見(jiàn)的介質(zhì)。比如一顆炸彈在城市上空爆炸時(shí)，爆炸釋放的能量首先壓縮周圍的空氣，形成一個(gè)高壓區(qū)域，這個(gè)高壓就像推土機(jī)一樣，以極快速度向外“推擠”更多空氣層，最終形成我們聽(tīng)到的“轟隆”聲，也就是沖擊波掠過(guò)耳膜的結(jié)果。

水也是一種介質(zhì)。在海下爆炸，沖擊波可以傳得更遠(yuǎn)、更猛烈，因?yàn)樗拿芏雀螅肿娱g傳遞壓力的效率更高。

但如果我們把場(chǎng)景換成外太空——也就是一個(gè)幾乎完全沒(méi)有分子、近乎“絕對(duì)空無(wú)”的地方——那爆炸會(huì)是什么樣子？沒(méi)有空氣，沒(méi)有水，甚至連稀薄的氣體都微不足道，那么爆炸還能傳播么？答案是否定的！

“介質(zhì)”就像是牛頓擺中間的那幾個(gè)球一樣，如果去掉了之后，那么一端的球擺動(dòng)的再劇烈，也不會(huì)影響到牛頓擺盡頭的那個(gè)球體。

但這并不意味著在太空中引爆炸藥或核彈，就像打開(kāi)一瓶可樂(lè)——哧一聲啥也沒(méi)了。并非如此。爆炸在真空中依然釋放出巨大的能量，只是以另一種形式宣泄。按照能量守恒來(lái)說(shuō)，能量如果不能以一種形式進(jìn)行宣泄，那么就一定會(huì)以另一種形式釋放。因此在太空中爆炸沒(méi)有推動(dòng)空氣做功形成激波的那部分能量就會(huì)以輻射、電磁波的形式進(jìn)行釋放，爆炸自身所發(fā)出熱量和輻射要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣介質(zhì)中的爆炸。

首先是熱輻射。爆炸核心區(qū)域產(chǎn)生的高溫會(huì)釋放出大量的紅外線、紫外線，甚至伽馬射線。這種輻射不依賴介質(zhì)傳播，它們是電磁波，就像陽(yáng)光穿過(guò)真空照射地球一樣，能直接對(duì)目標(biāo)造成嚴(yán)重?zé)坪碗娮悠茐摹１热缋鋺?zhàn)時(shí)期的“Starfish Prime”高空核試驗(yàn)，美軍在約400公里高空引爆了一顆核彈，雖然聽(tīng)不到聲音，但結(jié)果卻相當(dāng)震撼——衛(wèi)星失靈、通信中斷、電磁脈沖甚至影響到了夏威夷。

再來(lái)是碎片與動(dòng)能。炸藥或彈頭本身的殘骸在爆炸的瞬間被加速拋射，由于沒(méi)有空氣阻力，這些碎片會(huì)保持原有速度在太空中“自由飛行”很久。就像發(fā)射了一堆微型子彈一樣，它們?cè)谧采夏繕?biāo)時(shí)依然能造成強(qiáng)大穿透。

也別忘了等離子體噴射。在強(qiáng)爆炸中，氣體會(huì)被瞬間加熱到電離狀態(tài)，形成高速噴出的等離子體流。這種噴流甚至可能對(duì)飛船或衛(wèi)星造成推力干擾或電磁干擾。

所以，太空中并非沒(méi)有爆炸，只是它的“表現(xiàn)形式”變了。你不會(huì)聽(tīng)到響聲，不會(huì)看到大片火云，但你會(huì)遭遇“無(wú)聲的烈焰”和“看不見(jiàn)的高速碎片”，在軍事上，這比地面爆炸更難預(yù)防。

很多人總是說(shuō)“炸藥”是“自帶氧化劑”的，因此可以在真空中爆炸，其實(shí)這種說(shuō)法也不完全對(duì)，原因就是——大部分爆炸能量的都是依靠爆震波和沖擊波完成傳遞的，而在大部分情況下最重要的就是沖擊波。

有人做了個(gè)實(shí)驗(yàn)——真空中爆炸。咱們來(lái)說(shuō)說(shuō)這次實(shí)驗(yàn)：

作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的科目很簡(jiǎn)單——一小團(tuán)炸藥在自然的大氣壓下爆炸：

這就是一次所見(jiàn)即所得的爆炸，你可以看到爆炸的沖擊波震動(dòng)周邊的器材讓畫(huà)面出現(xiàn)了明顯的抖動(dòng)。

如果看高速攝影所呈現(xiàn)的效果，我們就可以明顯的看到前面文章中和大家講到的火球的出現(xiàn)、高溫氣體的等離子化以及最終爆炸的沖擊波和爆炸飛濺消散等常規(guī)爆炸現(xiàn)象。

但如果是真空呢？

實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)將一小包炸藥放置在了真空室中：

當(dāng)炸藥被引爆的時(shí)候，我們可以看到炸藥包中僅僅迸射出一點(diǎn)小火花，整個(gè)裝置安然無(wú)恙。見(jiàn)鬼了吧？連火球都沒(méi)有，爆炸就結(jié)束了。

實(shí)際上這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置并沒(méi)有特別嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹谱鳎覀冊(cè)诤竺嬲f(shuō)真正的真空爆炸裝置。不過(guò)這個(gè)裝置的確是可以模擬太空中的真空爆炸。

實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)目前要討論的事情就是如果一艘太空船在真空中爆炸呢？這里就有兩個(gè)要點(diǎn)了，第一，炸藥被放在飛船模型內(nèi)，飛船模型內(nèi)有正常大氣壓；第二“飛船”置于真空中，飛船的外面是沒(méi)有空氣的。

于是爆炸試驗(yàn)就是這樣的效果：

不對(duì)呀，為啥整體全爆炸了？

這就是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的疏漏了，真空容器真正密封，在組裝的時(shí)候漏氣了，從最后的壓力表，我們可以看到

爆炸之前的氣壓已經(jīng)接近于大氣壓了。所以有了飛船模型外部的大氣壓，激波還是可以傳播的，因此整個(gè)裝置就全爆炸了。

在修正裝置后我們可以看到預(yù)期的爆炸狀態(tài)：

爆炸沖擊波和高雅集中在飛船模型上，飛船模型被沖破后，大量爆炸所產(chǎn)生的氣體噴出推動(dòng)飛船模型撞向真空室外壁，但同樣規(guī)模的爆炸真空室卻絲毫未損。原因就是能量沒(méi)有真正被傳送到真空室外壁，那么這些能擊碎真空室的能量哪里去了呢？其實(shí)就是發(fā)熱，以光輻射的形式散發(fā)掉了，所以你會(huì)發(fā)現(xiàn)第二次飛船在真空中的爆炸當(dāng)氣體真正噴出的時(shí)候發(fā)光量更大，這點(diǎn)就有點(diǎn)反常識(shí)了。如果逐幀觀察，我們就可以看到一個(gè)明亮的等離子體驟然發(fā)光

而宣泄出來(lái)的熾熱等離子體被絕熱膨脹立刻被迅速冷卻降溫了（變暗）。

那么回到前面的那個(gè)問(wèn)題，為什么純真空爆炸中那個(gè)炸藥包沒(méi)有爆炸？只掉下了一大片閃著火光的小渣？

實(shí)際上這件事還是和空氣有關(guān)，發(fā)光的是雷管的殘余物，因?yàn)檎婵罩袥](méi)有空氣，雷管的界面和炸藥的界面之間存在縫隙又沒(méi)有能量傳遞介質(zhì)（空氣），因此，炸藥根本沒(méi)有被引爆。

在真正真空爆炸設(shè)計(jì)的過(guò)程中，實(shí)際上也會(huì)遵從一個(gè)類似于上面試驗(yàn)裝置的原理，是有充氣過(guò)程和界面劑的。這樣才能可靠的讓雷管的爆炸引發(fā)炸藥的爆炸。

例如，一枚火箭上用的爆炸螺栓，工程師會(huì)通過(guò)微量填充氣體或使用中介材料（如微壓封裝、敏化材料），來(lái)確保爆能能夠在毫秒甚至微秒級(jí)完成傳遞，避免真空帶來(lái)的“起爆失效”。

這回，“真空爆炸”大家是不是了解了呢？

那么一個(gè)課后作業(yè)——討論題：下面這種子彈，如果拿到太空中有沒(méi)有可靠擊發(fā)的可能呢？

為什么？