假设以接近光速飞行在宇宙中,会不会因为撞到宇宙中的某些物质而被摧毁?

芘律IzGT6401


假设以接近光速飞行在宇宙中,会不会因为撞到宇宙中的某些物质而被摧毁?

其实倒过来理解就可以了,假如宇宙飞船在静止状态下被一粒接近光速的微陨石给撞上了,那您觉得后果是什么?大概无需经过复杂思维,直接就会脱口而出.....卧槽,肯定玩完了!不妨我们来计算下,比如一艘宇宙飞船以0.9C的速度飞行,撞上了一块100g的陨石,我们来计算下动能!

首先0.9C的速度已经非常接近光速,因此必须要考虑一个相对论质量才能来计算最终撞击时的动能,那么质增效应几何呢?

以V=0.9C代入计算后的质增效应大概为2.29415733倍,其实差的不太大!那么质增后的总质量约为229g,动能公式如下:

EK为动能,单位是焦耳,M指物体质量,单位为千克;V为速度,单位为米/秒;

光速为299792458\t米/秒

那么代入计算即可:

E=1/2*0.229*(0.9C)^2=8335504905194615.20218J

约合:8.34×10^9MJ

1吨TNT的能量为:4184000000J

大约相当于:1992233.49吨TNT的当量,即:199万吨!相当于10枚广岛原子弹!

当然这个与质量是成正比的,如果撞到1g的微陨石,那么199万吨/229=8699吨TNT

是不是非常可怕的能量,因此速度一旦增加可以用光速的百分之几来表示的时候,在宇宙中已经是一件非常可怕的事情了,理论上星际空间中尽管空无一物,而事实上充满了各种尘埃,因此《三体》中以0.1C的速度穿过半人马座南门二C星外围的尘埃带时损失了不少飞船应该就是这个原因!

而《太空旅客》中的飞船则有一个强大的力场保护罩(飞船速度0.5C)

但在碰到一块比较大的陨石后飞船仍然出现了严重的故障,因此将星爵的冬眠仓时间控制芯片出现故障而提早醒来,最终倍感寂寞的星爵将大表姐折腾醒了,发生了一段不可描述的故事!

尽管这是科幻爱情电影而已,但这个特效绝对算得上是大片,而且也有相当的科学理念在内,毕竟如此高速下裸奔绝对是一件极度危险的事情,如果有更好的技术保护,那么第一个就远征的飞船给装上!

不过就太阳系内而言,这点距离碰到的概率实在比较小,比如旅行者从1977年出发到现在仍然安然无恙,而新视野号尽管速度更快也一路顺风!但请不要忘记了,这只是家门口摸了一圈而已.......


星辰大海路上的种花家


这个问题其实以现在的科技谈论为时过早,因为我们的科技连0.1光速都达不到,更不用说光速了。

所以以我们现在探测器的速度,去看广阔无垠的宇宙撞到一颗小石头的概率几乎为0。注意你有时看到许多石头的图片中,真实的距离远比你想的长。


但是如何有一天我们的科技足够发达了呢?这个问题就需要考虑了。

对高速飞船有影响的物质

如果假设未来人类的科技已经发展到0.1光速飞船甚至更快,那么就不得不考虑星际物质的撞击问题。

我们知道在宇宙中间其实充斥着尘埃和气体。当飞船高速飞行时,我们假设尘埃的密度为星际空洞中的密度,其立方米大约有10^-6颗尘埃,每颗尘埃平均质量约10^-17千克,长度大多数在0.1微米以下。


那么这种程度的微型尘埃,确实就算考虑相对论效应,它们所能造成的威胁也很小,但是一个很小积攒成多就不得不重视了。

这还是小尘埃,如果是100微米以上,并且飞船速度在0.3光速左右,那么一撞飞船可能就完蛋了。所以未来必须想办法解决这个问题。

其次气体也会对飞船造成损伤,宇宙中有着大量氢原子,因此在和

飞船高速撞击的瞬间,氢原子会离子化——质子和电子会分离,形成质子束和电子束,穿透船体,直接对飞船内的人体和电子仪器形成辐射伤害。

但是值得庆幸的是这个威胁,至少得飞船速度达到接近光速的时候才比较明显,对于我们还遥遥无期。


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科学认识论


在回答问题前,大家还记得经典的动能公式么?

KE = 0.5 * mv2

当物体速度越高,质量越大,那么它的动能也就越大。哪怕它是一个非常非常微小的,质量非常低的东西,一旦速度高到一定程度,它就会具备极大的动能,在出现碰撞的时候就会造成更加巨大的破坏。

举一个例子——太空垃圾。在太空轨道上,太空垃圾的速度高达每秒7-8公里。在这种速度下,一块直径为10厘米的太空垃圾就可以将航天器完全摧毁,数毫米大小的太空垃圾就有可能使它们无法继续工作。

那么,当物体加速到光速,或者接近光速的时候,一旦与其他物体发生碰撞,威力将是毁灭性的。

举一个简单的例子,当一辆小汽车以光速的99%速度前进的时候。

它的动能高达——596,500,000,000,000,000,000焦耳。一旦它和其他物体发生碰撞,造成的威力等于950万次广岛核爆!

再直观一点就是——形成一个55公里直径的火球,爆风直径390公里以上,方圆1500公里以内的物体都会被或多或少的破坏。再直观一点就是整个美国西海岸——全灭!

同样,由于速度和能量过大。当这辆小汽车在以99%光速前进的时候,撞到任何东西都会发生爆炸。不仅仅是撞到小行星,陨石,甚至是一丝尘埃。都会将这辆小汽车炸的渣都不剩。

最后多提一句:

前些年,霍金他们倡导的“突破摄星”计划,其概念就是研究如何进行高速太空速度航行。其中的一个重要的课题就是当飞船加速到20%光速的时候,任何细微的粒子,哪怕是一个小小的原子与飞船相撞都可以对飞船造成破坏。


五道口军研


问题中提到的是接近光速飞行,那么有的答案用的牛顿力学的动能公式就是错的,正确的公式应该是狭义相对论的质能方程。E^2=P^2c^2+m^2c^4。E是能量,P是动量,m是静质量,c是光速。注意这个才是质能方程的标准形式,而你常看到的E=Mc^2是定义了一个随速度变化的动质量M。

用动质量说明这个问题就非常简单,狭义相对论告诉你M^2=m^2/(1-v^2/c^2),v是你的飞行速度。你的静质量m始终不变。当v越接近光速c,公式右边分母就越接近0,那么你的动质量M就越趋于无穷大,能量E(完全表现为动能)也就越接近无穷大。

可怕吧?当你加速到接近光速飞行时,宇宙中任何一个之前和你相对静止的东西,会变得和你的相对速度也接近光速,那么你们在彼此眼中都是个动能趋于无穷大的家伙,一旦撞上就粉身碎骨。

其实在现代物理学里,已经很少使用动质量这个词,因为它和能量是等价的。一般提到质量二字,主要指的是静质量,即前面公式中的m,它是不随速度变化的。所以可以用大家都习惯的公式E^2=m^2 c^4/(1-v^2/c^2)。这样更直观一些,相对速度v接近光速c,那么式子里面分母就接近0,而分子不变,于是彼此眼中能量就接近无穷大。

既然需要无穷大的能量才能达到光速,问题里这个假设就很难达到。大家可以带到公式里算一下。如果飞船的速度仅达到了光速的0.8倍,那么他需要动力推进的能量也大概是自己质量乘上光速平方的1.67倍,这是个非常大的数,靠任何化学燃料都是不可能实现的。


九维空间


当超高速运动时,科学家们想到的第一个问题就是机体发热,不需要近光速,光速1%就足以使飞行器被宇宙尘埃加热到融化,因此降温层甚至是像《太空旅客》的飞船前面那样的场护罩之类的东西必然要出现。等到近光速的时候,相关理论应该就比较完善了,当然越快越危险,加速到光速99.9%时基本上现在已知的任何材料都能被一粒原子瞬间融化。


边诫


要发明一种驱障器,扫清前进道路上的障碍物,现在还很遥远,除非我们的飞行器具备中微子的特性,可穿越任何障碍物


宇飞来酷聊吧1


从另一个角度想,想达到光速必须无动量


佛之寂灭666


到达光速時,必有防护罩之类


豫见珺


不同时空中也许相对速度不同


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