假設以接近光速飛行在宇宙中,會不會因為撞到宇宙中的某些物質而被摧毀?

芘律IzGT6401


這個問題其實以現在的科技談論為時過早,因為我們的科技連0.1光速都達不到,更不用說光速了。

所以以我們現在探測器的速度,去看廣闊無垠的宇宙撞到一顆小石頭的概率幾乎為0。注意你有時看到許多石頭的圖片中,真實的距離遠比你想的長。


但是如何有一天我們的科技足夠發達了呢?這個問題就需要考慮了。

對高速飛船有影響的物質

如果假設未來人類的科技已經發展到0.1光速飛船甚至更快,那麼就不得不考慮星際物質的撞擊問題。

我們知道在宇宙中間其實充斥著塵埃和氣體。當飛船高速飛行時,我們假設塵埃的密度為星際空洞中的密度,其立方米大約有10^-6顆塵埃,每顆塵埃平均質量約10^-17千克,長度大多數在0.1微米以下。


那麼這種程度的微型塵埃,確實就算考慮相對論效應,它們所能造成的威脅也很小,但是一個很小積攢成多就不得不重視了。

這還是小塵埃,如果是100微米以上,並且飛船速度在0.3光速左右,那麼一撞飛船可能就完蛋了。所以未來必須想辦法解決這個問題。

其次氣體也會對飛船造成損傷,宇宙中有著大量氫原子,因此在和

飛船高速撞擊的瞬間,氫原子會離子化——質子和電子會分離,形成質子束和電子束,穿透船體,直接對飛船內的人體和電子儀器形成輻射傷害。

但是值得慶幸的是這個威脅,至少得飛船速度達到接近光速的時候才比較明顯,對於我們還遙遙無期。


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科學認識論


在回答問題前,大家還記得經典的動能公式麼?

KE = 0.5 * mv2

當物體速度越高,質量越大,那麼它的動能也就越大。哪怕它是一個非常非常微小的,質量非常低的東西,一旦速度高到一定程度,它就會具備極大的動能,在出現碰撞的時候就會造成更加巨大的破壞。

舉一個例子——太空垃圾。在太空軌道上,太空垃圾的速度高達每秒7-8公里。在這種速度下,一塊直徑為10釐米的太空垃圾就可以將航天器完全摧毀,數毫米大小的太空垃圾就有可能使它們無法繼續工作。

那麼,當物體加速到光速,或者接近光速的時候,一旦與其他物體發生碰撞,威力將是毀滅性的。

舉一個簡單的例子,當一輛小汽車以光速的99%速度前進的時候。

它的動能高達——596,500,000,000,000,000,000焦耳。一旦它和其他物體發生碰撞,造成的威力等於950萬次廣島核爆!

再直觀一點就是——形成一個55公里直徑的火球,爆風直徑390公里以上,方圓1500公里以內的物體都會被或多或少的破壞。再直觀一點就是整個美國西海岸——全滅!

同樣,由於速度和能量過大。當這輛小汽車在以99%光速前進的時候,撞到任何東西都會發生爆炸。不僅僅是撞到小行星,隕石,甚至是一絲塵埃。都會將這輛小汽車炸的渣都不剩。

最後多提一句:

前些年,霍金他們倡導的“突破攝星”計劃,其概念就是研究如何進行高速太空速度航行。其中的一個重要的課題就是當飛船加速到20%光速的時候,任何細微的粒子,哪怕是一個小小的原子與飛船相撞都可以對飛船造成破壞。


五道口軍研


問題中提到的是接近光速飛行,那麼有的答案用的牛頓力學的動能公式就是錯的,正確的公式應該是狹義相對論的質能方程。E^2=P^2c^2+m^2c^4。E是能量,P是動量,m是靜質量,c是光速。注意這個才是質能方程的標準形式,而你常看到的E=Mc^2是定義了一個隨速度變化的動質量M。

用動質量說明這個問題就非常簡單,狹義相對論告訴你M^2=m^2/(1-v^2/c^2),v是你的飛行速度。你的靜質量m始終不變。當v越接近光速c,公式右邊分母就越接近0,那麼你的動質量M就越趨於無窮大,能量E(完全表現為動能)也就越接近無窮大。

可怕吧?當你加速到接近光速飛行時,宇宙中任何一個之前和你相對靜止的東西,會變得和你的相對速度也接近光速,那麼你們在彼此眼中都是個動能趨於無窮大的傢伙,一旦撞上就粉身碎骨。

其實在現代物理學裡,已經很少使用動質量這個詞,因為它和能量是等價的。一般提到質量二字,主要指的是靜質量,即前面公式中的m,它是不隨速度變化的。所以可以用大家都習慣的公式E^2=m^2 c^4/(1-v^2/c^2)。這樣更直觀一些,相對速度v接近光速c,那麼式子裡面分母就接近0,而分子不變,於是彼此眼中能量就接近無窮大。

既然需要無窮大的能量才能達到光速,問題裡這個假設就很難達到。大家可以帶到公式裡算一下。如果飛船的速度僅達到了光速的0.8倍,那麼他需要動力推進的能量也大概是自己質量乘上光速平方的1.67倍,這是個非常大的數,靠任何化學燃料都是不可能實現的。


九維空間


當超高速運動時,科學家們想到的第一個問題就是機體發熱,不需要近光速,光速1%就足以使飛行器被宇宙塵埃加熱到融化,因此降溫層甚至是像《太空旅客》的飛船前面那樣的場護罩之類的東西必然要出現。等到近光速的時候,相關理論應該就比較完善了,當然越快越危險,加速到光速99.9%時基本上現在已知的任何材料都能被一粒原子瞬間融化。


邊誡


要發明一種驅障器,掃清前進道路上的障礙物,現在還很遙遠,除非我們的飛行器具備中微子的特性,可穿越任何障礙物


宇飛來酷聊吧1


從另一個角度想,想達到光速必須無動量


佛之寂滅666


到達光速時,必有防護罩之類


豫見珺


不同時空中也許相對速度不同


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