一根針以光速擊中地球會有什麼後果?

悠悠忽遠


大開腦洞的問題,分享一下我的解題方案吧。

什麼樣的東西可以走光速?

除了光量子與引力子,還有沒有別的東西可以達到真空介質中的光速呢?答案是:有的!

例如,強子對撞機把電子與質子發射到超強磁場中加速到99.9999%c≈c!放射性元素與大質量恆星輻射的β射線(電子注)的速度=c。

▲β射線,作為一種宇宙線,最快以光速運動。

據稱“實體達光速,能量無窮大”,你信麼?想一想:99.9999%c與100%c,也就僅僅相差0.00001%,難道就有天大無窮大的區別嗎?

物理學是基於測量與統計的實驗科學,即便是迄今最精確的光速:v=299792458米/秒,也不是絕對精確。不要偏信名流理論,好麼?

1克的針可相當於n個電子的電子束

既然,電子束(β線)可以光速運動;那麼,不妨假定1克針是由n=10⁻³÷(9.11×10⁻³¹)=10³⁰個電子組成的電子束,暫且叫“電子針”吧。

於是,我們估算這枚電子針的衝擊動能(Ek)。Ek=½mc²=0.5×10⁻³×9×10¹⁶=4.5×10¹³[J] =45萬億焦耳。

有了電子針的衝擊能,下面的事情就簡單了。

45萬億焦耳電子針,對地球的破壞力

1克黃色炸藥即TNT的爆炸威力是4184焦耳。TNT爆炸能4.184×10⁹J/t≈42億焦/噸。

▲TNT的化學結構圖

顯然,電子針相當於(45萬÷42)=1.1萬噸的TNT炸藥。而第一顆原子彈“小男孩”也只不過相當於2萬噸的TNT炸藥。

可見,即便是某個外星人向地球投射這樣的電子針,充其量相當於在廣島放了一顆原子彈。也就是給地球撓一下癢。

針熔點1535℃,別指望鑽地有多深

我們先來估算,一個鐵針,如果要穿越地球岩石原子的內空間,會遇到多大的阻力。

原子內部核外電子,平均以v=2200千米/秒繞核運動,1個電子幾乎同時充滿整個原子空間,1個電子動能Ek₀=½m₀v²=2.2×10⁻¹⁹焦耳。

假設,針的有效截面半徑是r=0.1毫米,截面積為A₁=πr²=3.14×10⁻⁸[m²],而原子半徑約為0.1納米,截面積A₂=3.14×10⁻²⁰[m²]。

可見,針最初遇到約10⁻⁸÷10⁻²⁰=10¹²個原子障礙,此時行程只有原子直徑d=0.2納米,可克服電子抗簡併壓障礙能:Ek=2.2×10⁻⁷焦耳。

若鐵針不融化,45萬億焦耳可供鐵針穿越行程:4.5×10¹³÷(2.2×10⁻⁷)×0.2nm=4×10¹⁰米。地球直徑1.2×10⁷米,則電子針輕易穿越地球。

但是,鐵針走不了多遠,與大量原子摩擦發熱,溫度急劇上升到1535℃=1808.15K。

所需熱量Q=(m/m₀)1.5kT=2.74×10⁵焦耳。對應的穿越行程為Q÷Ek×d=249米。

就是說,當鐵針以光速鑽進地球249米時,即刻融化。鐵針融化後不久變成鐵原子蒸汽。

此時剩餘的鐵原子動能與散發的大量熱量,會使附近的泥土或岩石迅速熔融。以下計算不難,不再贅述。

▲地下核爆炸,可以使地面融化。


結語

按照題設的鐵針以光速穿越地球,如果不考慮融化,則1克鐵針可穿越1000倍地球直徑。

如果考慮鐵針不久就會融化,2克鐵針以光速鑽進地球,大約在500米深處立即融化,然後好比發射了一顆2萬噸TNT的地下原子彈。

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物理新視野


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


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


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


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


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


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


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


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