Q．從多高處掉下來的牛排才能在掉到地上時正好烤熟？
——亞歷克斯·萊希
A．但願你喜歡匹茲堡生牛排，撿起來之後別忘瞭解凍哦。
從太空中掉回來的物體會變得非常燙手。當它們進入大氣層時，位於前方的空氣來不及跑開，因而會在物體前方被不斷壓縮，同時溫度也會逐漸升高。一個簡單的經驗法則是，當速度高於2馬赫時，壓縮生熱的效應會逐漸開始明顯起來。（這也是為什麼協和式飛機在機翼前端有防熱材料）
當跳傘運動員菲利克斯·鮑姆加特納從39千米的高空跳下後，他在離地30千米的地方突破了音速。這個速度足以使空氣溫度升高幾攝氏度，但考慮到那個位置的空氣實在是太過寒冷，因而這幾攝氏度的差異可以忽略不計。（在他剛跳下的那段時間裡，空氣的溫度為零下40度。這個溫度很神奇，因為零下40℃和零下40℉都是同一溫度。）
據我所知，這個牛排問題最初起源於4chan1上的一個長帖，但這個帖子的內容很快就演變成了長篇大論的蹩腳物理以及攻擊同性戀的混雜體，最終也沒有得出一個明確的結論。
為了得到更準確的答案，我決定進行一系列數值計算，模擬牛排從不同高度掉下來的結果。
一塊8盎司（約250g）的牛排大小形狀和一個冰球差不多，所以我用《冰球物理學》（這本書的作者阿蘭·阿什用一些實驗室設備親自測量了各種數據）第74頁上的阻力係數來近似牛排的阻力係數。雖然牛排和冰球還是有區別的，但更加精確的阻力係數對最終結果沒有太大的影響。
由於回答這些問題經常需要牽涉到分析極端物理條件下的非常規物體，因而相關的資料只能在美國軍方在冷戰期間的研究中找到。（很明顯，美國政府會往任何與武器哪怕只有一點兒聯繫的東西裡投入大把的金錢。）為了瞭解空氣會如何加熱牛排，我閱讀了研究彈道導彈再入大氣層時鼻錐被加熱的論文，其中最有用的兩篇文章是《戰術導彈整流罩氣動加熱的預測》和《再入大氣層載具歷史溫度的計算》。
最後我還需要找出熱量在牛排中的傳導速度。我一開始查閱的是在工業食物生產中模擬不同種類肉的熱傳遞的論文。後來我才意識到，要知道不同溫度和時間搭配下，牛排會被加熱到哪種程度的最簡單的方法是：去找一本烹飪書來看。
在《極客廚房》這本很棒的書中，作者傑夫·波特很好地介紹了肉類烹製的科學道理，並解釋了不同溫度範圍下熱量對牛排的影響及其原因。庫克的《做好菜的科學》一書也很有幫助。
把上面所有信息綜合到一起，我發現牛排會迅速加速墜落直到到達30～50千米的高度，在這個高度，空氣足夠稠密到能讓牛排開始減速下墜。
隨著空氣密度越來越大，牛排下落的速度也會逐漸下降。不管牛排在下落到大氣層下部時速度有多快，它最終都將減速到終端速度。無論一開始起落點多高，牛排從25千米的高度墜落至地面總是需要6～7分鐘時間。
在這段距離中，空氣溫度大部分時間都低於冰點，這意味著牛排會在溫度低於0℃、風力媲美颶風的狂風中待上6～7分鐘。就算在下落過程中牛排已經熟了，掉到地面後你還是需要解凍才能食用。
當牛排最終掉落到地面時，它的速度將會是約每秒30米的終端速度。如果想要對此有一個直觀的認識，想像一下一塊牛排被棒球大聯盟的投手砸在地上的樣子。就算牛排只有一部分被凍住了，這樣也很容易被摔碎。不過如果牛排最後掉到了水裡、泥裡或者樹葉堆裡，那應該沒事兒。2
從39千米高度掉下來的牛排應該不會像菲利克斯那樣突破音障，它甚至不會被顯著加熱。這也說得通，畢竟在落地時菲利克斯的保護服也沒被烤焦嘛。
即使突破音障，牛排應該也不會支離破碎。因為除了菲利克斯，許多曾在超音速狀態下彈射的飛行員都活了下來，並講述了他們自己的故事。
要想突破音障，你需要讓牛排從50千米的高度落下來，但這仍然不足以把它烤熟。
我們需要到更高的高度。
如果從70千米高度落下，牛排的速度會快到把空氣加熱到177℃左右。不過這股纖弱稀薄的高溫空氣只會持續不到1分鐘，任何具有基本廚房經驗的人都會告訴你把牛排放到350°F的烤箱裡烤60秒並不能把它烤熟。
從100千米——太空邊緣的正式定義——高度落下來並不會有太大區別。牛排超過2馬赫速度的時間會有1分半鐘，牛排的外表面很有可能會燒焦，但熱量很快就會被冰冷的平流層狂風消散掉，因而內部並不會被烤熟。
在超音速和高超音速條件下，牛排周圍會形成激波，而激波會把牛排和越來越快的狂風隔離開來。激波前沿的準確性質，以及由此產生的對牛排的機械應力，取決於這塊8盎司的生牛排如何在高超音速狂風中翻滾。我嘗試著去找這方面的文獻，但沒有找到任何與此有關的研究。
在我進行模擬的過程中，我假設在低速下某些類型的渦流脫落會使牛排翻來覆去，而在高超音速下，牛排則會被擠壓成半穩定態的橢球狀。但這也只是我的大膽猜想，如果有人真的在高超音速風洞中放入了一塊牛排以取得更準確的數據，請一定把視頻發給我。
如果你從250千米的高度釋放牛排，牛排能達到的溫度就更高了。250千米的高度已經在低地球軌道的範圍裡了，不過由於牛排是從靜止開始下落，因而速度比不上那些脫離軌道再進入大氣層的物體。
在這種情況下，牛排的最高速度能夠達到6馬赫，這時牛排的外表面可能焦得恰到好處。但很不幸，內部仍然是生的，除非牛排在高超音速下猛地顛簸了一下炸成了碎片。
如果從更高的地方落下，熱量就會變得相當可觀。牛排前方的激波將會達到數千度（反正不管用攝氏度還是華氏度都有幾千度），這時牛排的表層會被徹底烤成焦炭。
把肉扔到火裡的一個正常後果就是變成焦炭。但高超音速的焦肉面臨一個問題：被燒成焦炭的肉並沒有多少結構強度，因而會被狂風吹走，使得更深一層的肉被燒焦。（如果熱量足夠高，牛排的表面會在被剝離的瞬間被烤熟，這個速度區域在彈道導彈論文中被稱為「剝蝕區」。）
即使在這麼高的高度下，牛排所受的高溫時間仍然不足以把整塊肉從裡到外都烤熟。3我們可以嘗試更高的高度和更快的速度，我們甚至可以通過從軌道以一定角度扔下去以增加暴露在高溫下的時間。
但當溫度高到一定程度，或者燒蝕的時間長到一定程度後，整塊牛排就會慢慢解體，因為牛排的外層不斷地被燒焦並被狂風剝離。如果大部分牛排能夠堅持到最後落到地上，內部仍將會是生的。
這也是為什麼我們要在匹茲堡上空扔牛排。
有這麼一個流傳的故事，說的是匹茲堡的鋼鐵工人喜歡把牛排摔到剛出爐還在熾熱發光的金屬表面，把牛排的外層烤熟，但內部仍然保持生的狀態。這大概就是「匹茲堡生牛排」的來歷。
所以從一個亞軌道火箭上把牛排扔下來，並派出一支回收小隊把它找回來，擦乾淨，再加熱一下，去掉燒焦的部分，然後就可以開吃啦。
要小心沙門氏菌，以及《天外來菌》4哦。
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