一个达到光速的沙粒,和地球发生碰撞,真的能撞穿地球吗?

Nguyen_You


很多时候,我们总是习惯性地用生活中见到的一些事件去衡量宇宙级别的恐怖事件,这就是所谓的“定势思维”或者“局限性思维”,总是逃脱不了现实生活的束缚,不由自主地想当然去思考问题。

比如说,高空跳水,有人经常会问:10000米的高空跳水人会怎样?很多人认为水是液体的,跳下去有缓冲作用,应该没啥大问题吧!那只是我们的错觉。事实上,10000米的高空跳下到海面上,无论跳下的姿势如何,与直接落到水泥地上几乎没有任何区别,一个字:死!

这个问题也是一样,沙粒很小,在我们印象里,即使速度很快,也不会带来多大的破坏力,甚至不会有什么影响,尤其是拿沙粒与地球做对比,更显得微不足道!

但你再想象,飞机起飞时为何一定要把附近的鸟赶走?速度!在我们平时的运动中,比如奔跑时碰到一只鸟一点事没有,但飞机速度够快,如果飞行过程中撞到一只鸟后果就比较严重了,这说明什么:抛开速度谈撞击力没有意义!

而飞机速度与光速比相差太多了,爱因斯坦相对论告诉我们,速度越快物体的相对质量就越大,能量也会越大,如果达到光速(假设)意味着无穷大的质量和能量,别说是地球了,整个太阳系都会被摧毁!

毫无疑问,由于沙粒太微不足道,很容易让人产生一种错觉,认为不会对地球造成什么影响,应该能直接穿过地球。就像在真空中铁球和松软的棉花下落速度是一样的,虽然我们知道确实如此,但总会不由自主地有种“棉花应该下落得更慢”的错就!


宇宙探索


看了很多大佬回复,猫先生认为不妥,先给结论,收到接近光速的一粒沙子攻击,地球将会一点事情都没有。

同学们要起哄了,对不对,别激动,猫先生知道大家都熟读三体啦,地球就是被歌者文明一粒光粒给灭了的,现在你来一颗光沙,地球必死无疑吧。请听我解释一下先。

宇宙中,有质量的物体无法达到光速。能到达光速的物体所需能量无限大!这是相对论的公式推导结果,大家都很熟悉。那么这粒沙子必定很特殊,它首先得有足够的硬度,也具有极大的质量,更有接近光速的速度!这不废话嘛~但这就是真相!


沙子只有不到一个立方毫米的直径,硬度接近无限,速度接近30万公里每秒!地球直径平均1.2万公里,以这个速度能量下的沙子产生的压强,地球铁定三十分之一秒内被洞穿!细如发丝的小洞,在地面你用放大镜都看不清,地壳以下,地幔和地心的热度瞬间可以弥补缺口,光沙接着继续飞翔宇宙,地球屁事没有!

要毁灭地球。这种光粒攻击是行不通的。除非光粒足够大。


猫先生内涵科普


在中学物理中,一个物体所具有的动能由如下的公式确定:

Ek=1/2mv^2

可以看到,即便沙子以光速运动,其动能也是很有限的,撞穿地球那是不可能的。

但狭义相对论表明,沙子的速度达不到光速,因为沙子的静止质量不为零。虽然沙子不能以光速运动,但只要沙子的速度足够接近光速,它其实是可以撞穿地球的。根据狭义相对论,动能公式的形式如下:

可以看到,但凡静止质量不为零的物体,只要速度无限趋向于光速,其动能将会趋向于无穷大。如果要把地球撞穿,只要让物体的动能大于地球的引力结合能即可。地球的引力结合能是有限的,数量级为10^32(单位焦耳)。因此,只要沙子被加速到接近光速的某一程度时,它的动能将会大到足以把地球撞穿,甚至可以把整个地球完全撞毁。

另外,有人可能会说动能公式到底要用哪个?为什么两个公式差异这么大呢?

经典物理学的动能公式只能用在低速的情况,而相对论动能公式既能在低速下使用,也能在亚光速下使用。

虽然两个公式看似完全没有联系,但通过对相对论动能公式进行泰勒展开,当速度远低于光速时,这个公式就会退化成经典物理学的动能公式,这也是为什么这个公式只能在低速下使用。而在速度接近光速的情况下,就不能再使用近似公式,而只能使用相对论动能公式。


火星一号


具有静质量的物体,速度不可能达到光速。这是爱因斯坦相对论导出的结论,然而很多人对此充耳不闻,以上帝视角就是让某些物质达到光速。那么,既然是上帝视角,那么让沙子达到光速也不是不可以:

相对论中有这么一段论述,一个物体速度越大,则其质量越大。当速度接近于光速是,质量会变得巨大。那么这也就意味着想要物体再加速会变得很困难,需要很大的能量才可以做到:

按照物质的能量计算公式:

这个公式在速度v远远小于c的时候,可以进行数学上的泰勒展开,得到的结果是1/2mv^2。

但是,当v和c无限接近的时候,公式中的分母一项变得无限接近于0,这就意味着能量是无穷大的。特别是还要v和c相等,那么能量基本上已经超出了我们的想象,只有上帝才知道有多大。别说把地球撞穿,即便把整个银河系给毁灭了,也不在话下。反正是只有上帝能做到,所以毁灭什么东西全屏上帝一念之间,根本无需遵守任何物理规律!

所以,任何有质量物体的超光速或者光速的问题,都已经超出了科学的范畴,直接归属于上帝的领域。上帝是万能的,无视任何物理规则的,所以我们想让什么毁灭什么就毁灭,不想让什么毁灭什么就不毁灭。就像我们编写一个游戏,玩家都需要遵守我们制定的游戏规则,说让你的属性值最高是多少,就是多少。然而我们自己却可以改变规则,创造一个属性值没有限制的角色,想干啥就干啥。比如黑客帝国里面就有无视物理规律的超级角色:

因此,既然都违反物理规则达到光速了,那还有什么不能够办到的吗?炸毁地球,炸毁太阳系,炸毁银河系,全在你的脑海里了!


科学探秘频道


一个达到光速的沙粒,和地球发生碰撞,真的能撞穿地球吗?

只有不具静止质量的光子能达到光速,当然胶子似乎也有可能达到光速,但人类没有技术破坏强作用力释放出胶子做测试!因此到现在为止,我们仅仅认可光子可以达到光速!不过本文是假设性的问题,我们可以用假设的条件来回答!

动能公式:Ek=(mv^2)/2

看起来非常单纯,只需要质量乘以光速的平方再除以2即可,但光速下沙粒的质增效应会导致这个沙粒的质量m=∞

那么在Ek=∞的能量轰击下,地球还有存在的可能吗?

既然沙粒无法达到光速,那么99.9999999999%的光速,小数点后10个9,这个作用下,这个沙粒能达到多大的能量,能把地球轰个底朝天吗?很简单,来计算下即可!

质增效应计算公式,将上述速度代入计算质增效应为:707106.78倍

那么一颗沙粒的质量是多少呢?大约20mg,约合0.02g,那么质增效应后质量为多少呢?

约为:14142.1356g

那么Ek=(mv^2)/2=1.41421356*299792457.9997^2/2

约合:63551588044364455.7J即:6.36×10^16J

1吨TNT的能量为:4184000000J

约合:15189194.1吨TNT,即:1518.92万吨TNT的当量!

相当于1/4个沙皇炸弹的当量,这就是一粒速度达到了99.9999999999%光速沙子所含的能量!如果您有兴趣,还可以再加十个久来算算这粒沙子有多大动能!

地球的引力结合能为:2.45×10^32J,计算下要多高速度的一粒沙子才可以将地球摧毁!

估计也用不了几个9哈!


星辰大海路上的种花家


首先声明一下:有静止质量的物体达不到光速,虽然沙粒质量很小但是依然达不到光速,这是理论上的限制跟技术无关。

在这里还要假设一个前提,这颗沙粒不会被空气摩擦燃烧掉,参考一下流星雨的形成。就是因为彗星在地球的轨道上留下了碎片、颗粒,待地球经过的时候碰撞大气层发光法热从而产生流星雨。因此每年的那几场大的流星雨时间都是比较固定的,因为地球旋转到轨道固定点的时间也是固定。

这颗不会被空气摩擦掉的沙粒无限接近于光速撞向地球,地球唯一的结果就是像上边动图一样,彻底毁灭。

难道一粒沙真的有这样大的能量?这是当然的,主要是跟速度有关系了。在低速世界动能公式大家都了解1/2mv^2,也就是二分之一的静质量乘以速度的平方。但是当速度无限接近于光速的时候,相对论几乎把经典力学的所有公式都修正了,相对论的动能公式就变成了T=mc^2(1/(1-v^2/c^2)^1/2-1),这个公式在速度远小于光速的时候就可以约等于经典力学中的动能公式1/2mv^2。

从上边公式可以看出当速度v无限接近于光速括号中的这一部分1/(1-v^2/c^2)^1/2趋近于正无穷,继续算下去动能几乎是无穷大的。

如果这粒沙光速撞击到地球上动能全部给到地球,地球毫无疑问会在瞬间四分五裂直接爆掉的,简单的说就是“质量不够,速度来凑”。


这里是:科学黑洞!欢迎你们的关注与点评。


科学黑洞


撞什么穿,直接撞炸好不好。

根据狭义相对论质增公式,咱们来看下:

随着物质速度V逐渐增加,根号下的数值是一直缩小的,那么等式右边的数值是一直在增加的,随着速度V逼近光速,那么相对论质量m将趋向于无穷大。

根据质能公式,我们知道质量与能量是可以画等号的,物质蕴含了多少的质量,就相当于包含了多少能量。

同时,我们还知道,任何具有静止质量的物质都不可能达到光速,因为这需要无限的能量来完成这个加速过程。

即便是如今的强子对撞机使用如此大的能量加速一个小小的质子尚且只能达到光速的99%,何况大如沙粒呢、

假设如题目所言,真的有这样的光速沙粒,不知道你是否听说过光粒,这个光速沙粒撞上地球的感觉将比光粒撞上地球的效果大上上亿倍甚至更多,摧毁的范围也是你无法想象的,因为你根本不知道这个沙粒到底蕴含了多少能量,也许是整个宇宙的能量呢。

个人的浅见,你们有什么要补充说明的嘛?


科学船坞


首先要说的任何有质量的物质都不能够被加速到光速,这是被相对论所禁止的。即使是一个质子(质量为1.67×10∧-27千克),被加速到光速时,它的质量都会变得无穷大。由于没有无穷大的能量来加速它,所以,有质量的物质就不可能被加速到光速。

式:相对论质量公式,m0就是静止质量,v就是运动速度,c是光速

虽然我们不能够把一粒沙子加速到光速,但可以把它加速到非常接近光速,当这粒非常接近光速的沙子撞入大气层后(假设它不会撞到太空中的粒子),会与大气分子相撞,释放出大量的能量。然后就没有什么了,最多就像一颗流星划过。


讲科学堂


不要再翻了,真理在这里。沙粒不可能穿透地球,因为它太大了。像中微子等微粒子能穿透地球是因为原子中很大部分空间是空的。


当年卢瑟福研究原子结构,原子核被发现的实验就是用a粒子轰击金属泊表面。大部分a粒子都直直的穿透了过去,可却发现有时射出的a粒子被反射的角度很大,甚至是硬生生的被180度反弹回来。后来就发现原子内部很空。如果有足球场那么大,原子核只有弹珠那么大。所以a粒子很容易就穿透了过去。


而沙粒就不行,加不加速到光速都不行。因为相对于原子的结构沙粒太大了。更何况地球的离子态铁芯儿更是不可能穿透的。

所以这种情况不可能发生,就像现实中沙粒打在小石头上一样。即使无限接近光速也穿不透层层阻碍。


ooO孙悟空Ooo


有质量的物体不可能达到光速,假设能达到光速,那么这个物质的质量就会无限大!一个质量无限大物质碰上有限大的地球,你猜会怎样?我也不知道。[抠鼻]


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