如果讓整個尼加拉瀑布通過一根吸管會發生什麼事？[1]

大衛·奎茲達拉

國際尼加拉委員會、國際尼加拉管理委員會、國際聯合委員會、國際尼加拉董事會，以及隸屬五大湖的聖羅倫斯河適應性管理委員會[2]大概就要來找你的麻煩了。喔還有，地球會毀滅。

這樣講好像不太準確。正確的答案應該是：尼加拉瀑布無法穿過一根吸管。

流體穿過某個物體的速度快慢是受限的。當流體通過一個狹窄的縫隙時，它的速度將會加快。如果流體是氣體[3]，那麼當它通過縫隙的速度達到音速時流體就會「堵住」。在這種情況下，穿過縫隙的流體速度將無法提高。雖然你可以通過提高壓力增加每秒流過縫隙的質量，但結果也只是讓氣體流得更遠而已。

如果流體是水，另一種效應將會造成堵塞。當流體流經縫隙的速度足夠快時，根據白努利定律，流體內部壓強將會降低。在一般情況下，水總是「傾向」沸騰，但是大氣壓強抑制了這個傾向。而現在壓強不夠大，水中將會形成氣泡串，也就是空蝕現象。

當水流以高速通過豁口時，空蝕現象所產生的氣泡將會使水不再那麼密集。當壓力增大，也就是更用力擠壓水流時，水流將會更快沸騰（可以看看這篇文章的17頁來瞭解這個過程）[4]。這個現象使得通過豁口的水流能在高速流動的同時保持水量不變。

另一項限制水流速度的原因是音速。你無法通過施加壓力使得流過豁口的水流速度比音速還快[5]。但是呢，水流很少達到這個速度，因為「水中音速」相當之快。水其實非常的重，如果水流達到音速的話，那麽它就開始不會轉彎了。

說了這麼多，到底尼加拉瀑布擠過一根吸管的速度會是多少呢？會比音速還快嗎？這個問題倒很簡單：我們只要知道瀑布的流速以及吸管的橫截面積就好了。

尼加拉瀑布的總體流速至少有每秒10萬立方英尺， 而這個還是人為控制後的結果。尼加拉河每秒為瀑布提供大約29萬2千立方英尺的水量，但其中有一大部分都被分出去發電了。由於不能讓地球上想看瀑布的人不開心，當局規定至少留下每秒10萬立方英尺的水流供遊客觀賞（夜晚以及旅遊淡季時則是5萬）。未來某一年，工作人員有可能會關閉瀑布以做維修，順便看看能找到什麼好東西。

（溫馨提醒：把水流引導到一根吸管裡可能會觸犯1950年建立的「每秒10萬立方英尺」限制。該法案由一名加拿大人和一名美國人所組成的國際尼加拉委員會負責監督[6]。他們，以及其他文章首段提到的其他董事會會對你很不爽，行動前請三思。）

一個普通吸管的直徑約7毫米。要計算水會流得多快，只要拿水的流速除以吸管橫截面積就好了。如果流速超過音速，那水流將會堵塞，然後我們就有麻煩了。

很顯然的，水流速度將會達到光速的四分之一。

從好的方面來看，我們無須擔心空蝕效應了。因為水分子的速度已經快到使它們與吸管內壁分子相撞時能發生各種劇烈的核子反應。在這麽高的能量下，所有物體都是等離子態，什麼沸騰、空蝕效應通通不適用了。

接下來可就慘囉！這股相對論水槍的反作用力可說是相當強勁。雖然不至於把整塊北美大陸往南推，但是足以摧毀造出水槍的裝置了。

沒有任何一架機器可以把水加速到相對論速度。雖然一台粒子加速器有這個能力，但是它通常都是用於加速一小團氣體。你可不能把尼加拉瀑布就這樣引到一台加速器裡面，不然在裡面工作的科學家會很生氣的。

由於你的提問所造出的這股水槍所含有的能量比照射地球的陽光還多，因此你的「瀑布」的能量輸出勘比一顆小恆星。而這顆恆星的光照和熱量將會快速給地球增溫、蒸發海洋、把整個星球搞得寸草不生。

不過就算這樣，我敢說肯定還是有人會想要藏在桶子裡躲過一劫。

註釋

[1] 這個問題起源於一名顧客在亞馬遜上的購物評論。她在食用了某品牌的小熊軟糖後，為自己腹瀉的經歷撰寫了一份鉅細靡遺、生動貼切的報告。其中一句話便是：「我感覺彷彿有人把整個尼加拉瀑布塞進一根咖啡吸管裡。」

[2] 如果我沒搞錯的話，應該是每個子湖都有一個自己的委員會。

[3] 流體確實可以是氣體。我知道聽起來很怪啦，但是人生不就是如此？

[4] 設計閥的工程師都會試圖避免產生這些氣泡。因為當水流通過閥門之後，迅速提升的壓力會使氣泡破裂，而破裂產生的力則會逐漸侵蝕閥門。

[5] 這個跟塞車的原理有點類似：往前擠更多車並不會讓前面的車走得更快。好啦拿塞車和水流堵塞類比好像不太恰當，但是我覺得這樣很好玩——想像一下有人開著推土機在後面疏導交通的樣子。

[6] 目前這兩個人分別是加拿大環境局的艾倫·湯普森，以及美國陸軍工程兵部隊的理查·凱瑟中將。我是覺得他們的工作大概就是「寫報告」而已啦。但是不排除他們被授權可以不擇一切手段取回被偷走的水。

原文連結：Niagara Straw