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物理学家解析科幻剧中的科学原理和核辐射的可怕现实

2077年10月23日,世界在一系列放射性爆​​炸中终结——至少在“辐射”的世界中是这样,这是一个后世界末日的视频游戏系列,现已被改编成亚马逊PrimeVideo上的热门电视节目。

随之而来的后果创造了一个后世界末日的美国,那里充满了变异的怪物、被称为食尸的受辐射人类和陷入其中的拼字游戏幸存者。这是经典原子时代科幻小说的素材,《辐射》的复古未来主义版本的美国就是从这种通俗故事中汲取灵感的。

但东北大学马修斯杰出物理学教授普兰·纳斯表示,这个科幻故事中的科学成分比你想象的要多。

在《辐射》的开头,洛杉矶遭到一系列核弹袭击。尽管故事发生在一个明显虚构的《爱乐之城》中——远处的机器人和闪闪发光的未来派摩天大楼都是明显的泄露信息——但核爆炸本身却惊人地真实。

内斯说,当核装置被投下时,会经历三个阶段。

“当核爆炸发生时,由于连锁反应,在很短的时间内,会释放出大量的能量和辐射,”内斯说。“首先,会发生巨大的闪光,这是产生伽马射线的核反应。如果你接触到它,例如广岛的人们基本上会被蒸发,留下阴影。”

根据人员距离爆炸的距离,即使是受到部分保护的人,身体也会迅速升温至50摄氏度(122华氏度),造成严重烧伤。《辐射》中食尸被烫伤的皮肤并非完全闻所未闻(尽管它们长达数百年的寿命有点延长了)。

第二阶段是冲击波和热流——内斯称之为“火球”。《辐射》第一个场景中的冲击波从爆炸中迅速蔓延开来,但内斯表示,这种情况可能会发生得更快,也不会那么像。它的飞行速度约为音速,约为每小时760英里。

冲击波还具有巨大的压力,“如此巨大……以至于可以摧毁混凝土建筑物。”随后出现的“火球”将用强烈的热浪烧毁爆炸区域的所有建筑物。

“爆炸区域被定义为冲击波和火球最强烈的区域,”内斯说。“对于广岛来说,这个距离在1到2英里之间。基本上,爆炸区域内的一切都被摧毁了。”

图片来源:PrimeVideo

核爆炸的第三阶段是放射性尘埃,它比爆炸和冲击波持续时间更长,影响范围更广。核爆炸会产生蘑菇云,其高度可达10英里,直达大气层。在风的作用下,云团将放射性物质传播到爆炸区域之外很远的地方。

“在核爆炸中,会产生多达100种不同的放射性元素,”内斯说。“这些放射性元素的寿命可能只有几秒钟,也可能长达数百万年。……它会造成污染、对身体造成损害,并在较长时间内造成伤害,导致癌症和白血病等。”

《辐射》世界的一个关键部分是避难所,这是一个有小镇大小的巨大地下掩体,当世界末日时,最幸运的人可以撤退到里面。这些避难所比大多数现实世界的放射性尘埃避难所高出几步,但内斯说,如果你想免受核武器释放的辐射,特别是可以穿透几英尺混凝土的伽马射线的伤害,那么这种保护是必要的。

内斯说:“如果你距离较远,并且呆在混凝土内部和后面,那么你既可以避免核爆炸的最初闪光,也可以承受随之而来的冲击波和热浪,因此生存能力会变得更大。”

但是那些在后世界末日荒原上徘徊的放射性变种人又如何呢?

《辐射》中巨大、可怕的突变火蜥蜴和巨型蟑螂似乎只是科幻小说中的虚构。但内斯说,这是有现实基础的。

“[辐射]会发生各种异常,”内斯说。“它们也可能是遗传性的。辐射可以在动物和人类中产生类似于自发突变的突变。例如,在切尔诺贝利,他们发现了突变的动物。”

在切尔诺贝利禁区,野狗的基因发生了根本性的改变。科学家推测,切尔诺贝利附近的狼可能已经对辐射具有更强的抵抗力,这可能使它们“具有抗癌能力”,或者至少较少受到癌症的影响。青蛙已经适应了体内含有更多的黑色素(一种抵御辐射的形式),从而使它们变黑。

《辐射》讲述了核战争的可怕现实,并编织了一个黑色喜剧科幻故事,但内斯表示,重要的是要记住这些现实世界力量的破坏力有多大。

据估计,美国投下的原子弹造成广岛多达146,000人和长崎80,000人死亡。当今的核武器威力强大得多,以至于人们对这些武器可能造成的影响知之甚少。内斯说,其后果甚至可能加剧全球变暖。

“热核战争将是一个全球性问题,”内斯说。

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