一根針以光速擊中地球會有什麼後果?

悠悠忽遠


一根針以光速擊中地球會有什麼後果?

也許我們可以用幾種不同方式來討論這根針以光速擊中地球的後果有多嚴重,如果你是經典力學的擁戴者,那麼就請信了牛頓的邪,如果你是相對論的粉絲,那麼就請信了愛因斯坦的邪。

經典力學中的一根針以光速擊中地球的動能有多大?

動能公式大家可能張口就能說出來,但我們先假設一些數據,比如這根針的質量為0.2克,那麼根據動能公式:

動能公式

以光速299792458米/秒代入計算得動能為9×10^12焦耳,按一噸TNT約4184000000焦耳能量計算,大約為:2151.05噸TNT炸藥釋放的能量!

看起來這也是一個不小的數字了,畢竟是一根針而已,在光速下,用傳統的動能公式算出了2000多噸的能量,看來光速還是不可小覷!

按狹義相對論計算一根針的能量是多大呢?

在狹義相對論中必須要考慮質增效應的相對論動能,因此計算方式就不一樣了!我們先祭出相對論動能公式:

看起來花花綠綠一片,其實只看相對論動能公式即可,當速度趨向光速,EK值趨向於無窮大,無論m的質量是多大,只要靜止質量大於0即可,那麼計算出來的動能就是無窮大的。

在無窮大的能量轟擊下,受影響的就不只是地球了,也許太陽系附近的一片空間所有質量都將以能量的形式表現,繼而引發更大範圍的變化,我們不確定這個後果有多嚴重,至少《三體》中的光粒有部分描述,它能輕易摧毀一顆恆星,也許它還沒有達到光速,只是無限接近光速而已!

我們該相信哪個公式?

毫無疑問動能公式沒有錯,用了那麼多年都很好用,但種花家建議下關於動體的電動力學問題還是來看看這個時代背景!因為動能公式來自於經典力學,而在二十世紀初,經典力學的格局發生了翻天覆地的變化!

牛頓在1687年發表了《自然哲學的數學原理》,闡述了萬有引力和三大運動定律,奠定了此後三百年的天文學和力學發展基礎!

經典力學最輝煌的時代是拉普拉斯時代,他是法國著名的天文學家和數學家,對天體力學和統計學的貢獻舉足輕重!拉普拉斯用數學方式證明了行星的軌道只有週期性變化,這就是著名的拉普拉斯定理。拉普拉斯在1799年後出版了系列鉅著《天體力學》,到1825年總共五卷論述了行星運動、形狀和潮汐的形成,以及木星衛星的運動和三體問題的特殊解!

拿破崙看到這部鉅著後問問拉普拉斯為什麼在他的書中連一句上帝都沒有提到,拉普拉斯明確的回答道“陛下,我不需要那個假設”,如此豪言壯語也只有拉普拉斯敢在拿破崙面前提及!

而另一個頂峰則是勒維耶計算出海王星準確位置,和觀測發現只相差1°,因此當年的拉普拉斯才提出只要知道每一顆例子的位置與速度,他就可以計算出宇宙的過去和未來!

但隱憂潛伏,因為引力藉助於以太假說,而麥克斯韋計算出光速是一個常數,邁克爾遜莫雷實驗則驗證了以太飄移的零結果,洛侖茲試圖為此解釋而推出了洛侖茲變換公式,高速運動的物體長度會變短,但他卻沒有拋棄以太假說使得憾失狹義相對論的發現!但洛侖茲的解釋卻是正確的,愛因斯坦的狹義相對論繼承了洛侖茲變換的精髓,但拋棄了以太的絕對時空觀,推出了光速不變論,還有相對性原理兩個前提!

經典力學時代的洛侖茲的洛侖茲變換和狹義相對論中的洛侖茲變換,兩者就是同一個東西,可能各位瞭解的洛侖茲變換就是長度變換,但質增效應和鐘慢效應一樣可以從洛侖茲變換中推導出來,這我們就不得不面對一個結果,在經典力學和狹義相對論之間起著重要橋樑作用的洛侖茲變換所推導的結果是否可以信任的問題!

準確一點說,在進入二十世紀以來,物理學發生了翻天覆地的變化,以狹義相對論為起點,其後是廣義相對論,緊接著是量子力學,在這過程中我們不得不提一下在相對論中起到絕對推動作用的愛因斯坦,有人認為即使愛因斯坦在1925年後退休,那麼他也不會對科學界有任何影響,說的就是愛因斯坦無法接受不連續在量子力學中發生,這個案例表明無論多麼睿智的科學家,終歸有所侷限,那麼作為圍觀群眾,又有何感想呢?


星辰大海路上的種花家


在過去45億年裡,地球不斷遭受了大大小小的太空岩石的撞擊。最近一次嚴重的小行星撞擊地球事件發生在6500萬年前,當時一顆直徑至少10公里的小行星(希克蘇魯伯隕石)以大約20公里/秒的速度撞擊了地球,由此引發了物種大規模滅絕。然而,地球本身卻沒有什麼事情。

如果是一根針以光速擊中地球會有什麼後果呢?

根據經典物理學的動能公式:

Ek=1/2mv^2

一根以光速運動的針所具有的動能並不大,因為針的質量非常小,大概只有0.2克,其動能大約為9×10^12焦耳。相比之下,雖然希克蘇魯伯隕石的速度遠低於光速,但它的質量非常大,達到了10^15千克,所以它的動能可達2×10^23焦耳,這要遠高於以光速運動的針的動能。

因此,從經典物理學角度來看,針的動能其實並不大。當然,考慮到針的體積較小,它的穿透力會更強一些,對地球的局部破壞可能會更加嚴重。

但事實上,上述的計算是錯誤的。光速運動的針所具有的動能並非只有這麼一點,它的破壞力其實非常強大,在某種意義上,強大到足以摧毀整個宇宙,更何況是地球。

一旦涉及到亞光速和光速運動,經典力學不再適用,而是需要考慮相對論:

可以看到,當速度逐漸接近光速之時,物體的動能會變得越來越大。當速度無限接近光速時,即便是針甚至是微小的原子,所具有的動能都是無限的。如果針的速度達到光速,它所具有的動能不但能夠直接摧毀地球,而且就連宇宙都無法倖免。但這種設想是不會成立的,因為宇宙沒有無限的能量把一根針加速度到光速,擁有靜質量的針只能以低於光速的速度運動。

那麼,針的速度達到多快可以撞毀地球呢?

組成地球的物質通過引力緊密束縛在一起,為了把這些物質完全分開,使得它們無法繼續通過引力結合在一起,這需要超過地球引力結合能的能量。據估計,完全破壞地球所需的能量大約為2.24×10^32焦耳,這是一個不小的能量。

根據相對論的動能公式來計算,當一根針的速度被加速到光速的99.999…30個9…99967%之時,它可以完全撞毀地球。事實上,《三體》中摧毀恆星的“光粒”就是利用了這種原理。

那麼,為什麼我們平時不用相對論呢?

在速度遠低於光速的情況下,相對論的動能公式經過泰勒級數展開之後,可得經典物理學的動能公式:

由於涉及相對論的計算比較繁瑣,而我們平時所接觸到的速度通常遠低於光速,所以使用更簡單的經典物理學就足夠了。


火星一號


根據相對論速度公式,給一個物體0.9……光速/秒的加速度,不管經過多久的時間,這個物體都無法加速到光速。相反的情況下,給一個以光速運動的物體加一個0.9……光速/秒的反向加速度,不管經過多久的時間,這個物體的運動速度還是光速。所以光速是無法減速的,一根針以光速擊中地球,如果這根針的心情好,不釋放能量,對地球就沒有任何影響,像中微子一樣穿過地球。如果這根針的心情不好,釋放無限的能量出來,地球就只能先跳出三界之外,不在五行之中,跑去四維空間裡躲避災難,等針飛過之後,再回來。

愛因斯坦少年時期,接受宗教唯心主義教育,後來投機科學,不懂基礎物理才會提出相對論,如果他有學過機械波傳播知識或者牛頓力學就不會再提出相對論,因為用波在相同狀態的介質中傳播速度恆定不變,或者用牛頓力學的參照系速度為零,都能解釋邁克爾遜莫雷實驗結果,愛因斯坦光速不變原理來解釋簡直就是在脫褲子放屁!


太上邪神


原創思想,一根針以光速擊中地球會有什麼後果?如果有這樣的物質性針能有光速這個速度的,那所有的天體恐怕都所剩無幾了。光速與物質性的針是不同性質的,或說是不同波段性頻率的運動性的,而針就無法以光速的速度而擊中地球了。但除非將這根針溶化為火光,而化出的火光速就可以擊中地球了,但這樣的火光對於地球而言,就什麼事也是沒有的,更說不上會有什麼後果的了。但對於這根針而言,亦只是轉化為其它的質量性能量性而已的了。


踏浪而來37326050


別說是以光速,就是以十倍光速直擊地球,也不會造成什麼傷害,因為,一根針的質量實在是太小太小了,小到可以忽略的程度。最終的結果是針擊到地球表面,瞬間氣化,當然會有爆炸聲音,只不過這種爆炸可能像大些的鞭炮燃放的聲音。


老大145160467


一根針的質量和動能有多大咱就不說了,關鍵是地球可不是氣球,就你那一根破針還想怎麼的?

再說了,那針是誰扔過來的?


樂乎齋牧雲山人一笑


這個問題讓我想起一個網絡問答題,說假如在高空落下一滴水,砸在人身上,會對人體造成多大的傷害?一些數學博士,物理博士開始用公式運算,一個個忙的滿頭大汗不亦樂乎!這時從外面進來一個保潔員阿姨,這個保潔員阿姨家裡很窮,從小到大也沒有上過幾天學,她就說了一句話,讓那些數學博士,物理學博士啞口無言,那個保潔員阿姨說:難道你們沒有淋過雨嗎?




海邊光腳


針射質量較輕,但在光速之下,它的能量會無窮大。它可以穿透地球表層,足以引起氫彈一樣爆炸。它可能會到達下地幔層,對地球板塊組合形成衝擊。


手機用戶54578927414


宇宙無限大,所以一切皆有可能。

類似的問題多了去了,譬如一滴水以光速撞擊地球會產生什麼後果?一個人能以光速運動嗎?開動腦殼想的話,腦殼會很痛的,儘管現階段只能把這些問題當做小說看啦。

宇宙中黑洞是實際存在的,那麼當地球被黑洞吞噬而變成暗物質,人類卑微命運是又會有怎樣的變化?

別說不可能,一切皆有可能!因為宇宙無限大,大到不可想象!


故園春秋892


看了所有的評論,一群科盲,一群對光速一無所知的人在這裡討論的口水流[捂臉]

稍微瞭解愛因斯坦相對論就知道,有質量的物質達到光速後質量趨向無窮大。一個質量無窮大的東西撞擊地球你說會咋樣


分享到:


相關文章: