02.25 光速飛船,宇宙飛行中碰到一粒沙子,會不會報廢?

小跳豆他爸爸


就按你說的來!

飛船以光速飛行撞上一粒沙子,就是一粒沙子以光速撞上你的飛船。速度越快,能量越大,一粒光速飛行的沙子打到飛船,絕對把你的飛船打對穿,雖然沙子進入飛船的地方只有沙子大小的洞,出去的地方,呃……出不去了,進去就與飛船內的空氣摩擦,燃燒都來不及就爆了。隕石進入地球那點速度的樣子應該知道吧,光速撞擊的能量是什麼樣就大概清楚了。不過光速飛行這玩意得要人類先解開(光速)這道腦筋急轉彎的問題才有可能實戰的!


真是個霸氣的名字


以現在的技術水平,高速飛行的宇宙飛船如果碰到一粒沙子是會報廢的。

我們知道,速度都是相對的,所以當飛行速度很高的宇宙飛船碰到靜止的沙子就相當於一顆沙子以相同的速度碰撞上了宇宙飛船,這樣的撞擊產生的能量是非常巨大的。

比如說現在鋼鐵做出來的飛機會非常害怕撞上飛行速度並不高的鳥類,就是因為兩者之間的相對速度實在是太大了,導致小小的一隻鳥也會對飛機造成巨大的傷害。

事實上,對於現在的人類,太空垃圾對衛星造成的傷害已經是不可忽視的了。要知道,太空垃圾一般要以每秒7-8公里的速度高速運動,根據軌道傾角碰撞時的相對速度甚至可以達到每秒10公里以上,因此具有巨大的破壞力。下圖展示了一枚一釐米大小的碎片撞擊鋼板後產生的效果,由此可以看出來太空垃圾的可怕。

而隨著宇宙飛船速度的進一步的提高,除了要考慮高速帶來的巨大動能,還要考慮高速帶來的巨大的質量變化,下圖就是高速情況下物體質量發生的相對論效應,所以當沙子相對太空船以接近光速運動的時候【不允許完全達到光速】,那麼沙子的質量可能就變得跟山一樣大了,這樣宇宙飛船如果直接跟這粒沙子相撞,再堅硬的材料也會受不了的。

所以有人非常悲觀,就是認為人類因為太空中存在的塵埃,所以不可能實現太空旅行——這些塵埃與飛船相撞會造成毀滅性的後果。

當然了,未來也許人們會通過蟲洞,或者給飛船加裝力場護盾這樣的方式來避免飛船在高速下與太空塵埃直接相撞,這些目前都還是科幻,我們只是儘可能的想象。


航小北的日常科普


物質隨著大氣壓的降低,熔點沸點也會跟著下降,在恆星的大氣層之外,空間氣壓極低,溫度與宇宙背景相同,物質在恆星星際之間,都會融化蒸發成各種氣態粒子,分散成星雲。所以在恆星星際之間飛船以光速飛行,不會撞到任何沙子顆粒物質。

如果你在地球大氣層中或太陽大氣層中,就把飛船開到光速,那肯定會撞上太空垃圾的,無異於自尋死路。


太上邪神


高速飛行,甚至接近光速飛行的飛船,別說是碰到一粒沙子,碰到一個電子都可能直接報廢。

但,問題來了,真的這麼容易撞到嗎?

1.速度差

我們都有這樣的體驗,相對速度,當一個物體速度越快,那麼相對的,靜止的物體的相對速度就越快,許多交通事故也正是其中有一方的速度太快了。

但,當物體的移動速度達到光速級的時候,也就是移動速度已經達到0.1光速或以上級別的情況下,其它物體,從這個達到光速級的移動中物體視角來看:就幾乎進入準靜止狀態。

此外,宇宙空間巨大,小小的宇宙飛船在其航線中碰到宇宙垃圾、塵埃、星體的概率本身就很低了。

結合以上兩個原因,光速級飛船,在宇宙飛行中要碰到一粒沙子的概率太低了!、

2.光速級宇宙飛船的難度

曲率驅動飛船,是現在看到的關於光速級飛船概念,提及最頻繁的技術。

(代達羅斯飛船計劃藝術圖)

但,想象和真正實現,還隔著十萬八千里,人類在真正接近光速飛船級別科技的時候,類似於能量罩等規避風險的技術一定也已經掌握了。

綜上,光速飛船撞到沙子的概率太低,人類如果能研究出光速飛船,也一定早就研究出了抵禦相關風險的技術了。


不入流的大劉


光速飛船,宇宙飛行中碰到一粒沙子,會不會報廢?

光速,顧名思義,就是光在宇宙中穿行的速度,約每秒鐘30萬公里。就目前人類而言,最快的戰機只有兩個音速(音速為每小時1231公里),洲際巡航導彈速度有望達到20個音速,第1宇宙速度的運送火箭(脫離地球引力)每秒為7.8公里,第二宇宙速度(擺脫太陽系速度)每秒11.8公里,第三宇宙速度13.8公里可以漫遊太空。而最近公佈的銀河系黑洞的轉速只有光速的0.9(約每秒27萬公里),這是目前人類發現物質運動除光速以外最快速度的宇宙天體。如果從現有人類自然的科學理論去分柝,人類不可能造出與光速同行的飛行器,即使從理論上突破了研製光速飛行器的界限,也不可能突破製造光速飛行器的材料科學技術。

現在我們就假設人類完全有能力製造光速飛船吧。但從黑洞運轉速度去分析發現,黑洞周圍的物質(包括光)都被0.9光速的黑洞所吞噬,如果人類製造的光速飛般傲遊太空,會碰到什麼情況呢?當飛船達到光速時,會不會也象黑洞一樣吸收周圍的所有物質呢?這種現象不只僅僅是碰到沙子那麼簡單了,那時光速飛船所承受的碰擊都能從技術上及本身製造飛船的材料上一一化解嗎?

人類為了更好地生存,不斷地向宇宙探索,願望是美好的,但不能超越自然規律的界限。當光速飛船在飛行過程中真正碰上了沙子,其後果可想而知,就像飛機碰上了飛鳥,而飛機的速度只有每秒0.684公里(以2個音速計算),以每秒30萬公里的光速相比,真的是不可同日而語,其飛船與沙子相碰的結果必然是船毀人忘,煙飛灰滅,雲消霧散。即使是不會碰上沙子,當光速飛船在宇宙的飛行中,心然合與太空中的分子、原子、電子、核子、量子等等及暗物質產生高強度的摩擦,在高速壓力下飛行致使物質密度產生變化加強,使周邊的溫度聚然升高而引起核裂變而爆炸消溶,其結果也是難以想象的。

如果真有那麼一天,人類終於突破了上面所說的一切自然規律,造出能抗擊與沙子相碰的光速飛船也未可知,但本人的認識是,按現在人類對自然界科學技術的認知,人類要造出光速飛船是不可能的,更別說能抗沙子碰擊的光速飛航。究意更好的答案以何,讓行家去評說吧!











鄧工280


光速飛船,宇宙飛行中碰到一粒沙子,會不會報廢?

光速飛船在宇宙中是碰不得任何實體物質的,即使是一個太陽風中的高能質子,也相當於無窮大的能量,因此從理論上來看,純粹意義上的光速飛船是不存在的!因為在還沒到達光速之前就已經被塵埃所毀滅了!那麼問題來了,高速飛行器撞到物體的能量到底有多大?有什麼手段可以防止撞擊?有沒有什麼方法能讓光速飛行器安然無恙?

一、高速撞擊的危害有多大?

這是一家戰鬥機撞鳥的結果,戰鬥機的正常巡航速度也就高亞音速,產生的撞擊力對雷達罩的複合材料製造的外殼將造成極為嚴重的破壞,當然也可以想象在超音速下撞擊的破壞會有多大,甚至高超音速下會如何!那麼一粒沙子在極高速度下撞擊會有多大能量呢?

這是模擬地球的一個鋁球被一顆模擬小行星的質量體撞擊所產生的效果,這個破壞力將超出想象,而這速度僅僅是數千米每秒而已!如果在接近光速的情況下被一粒沙子所碰撞的,其實我們是可以計算一下的,以下為設定參數:

一粒沙子:取值約1毫克

飛船速度:99.999999%(飛船不可能達到光速,假定此為飛船速度)

那麼相對速度後,沙子的質增效應將達到:

代入上述公式後計算得質增效應為7071倍,那麼1毫克的沙子將達到7.071Kg的相對論質量,在根據動能公式計算它所攜帶的能量為:

EK=317754887087304039.55J

約合:75945240.7噸TNT,即:7600萬噸TNT的當量!

全世界測試過的威力最大的氫彈-“赫魯曉夫炸彈”的當量為5800萬噸,只相當於這粒沙子的76%而已!請問有什麼裝甲能擋住如此威力的撞擊?

二、有什麼手段能防禦這種撞擊?

這是《太空旅客》中的飛船在抵禦宇宙中微隕石撞擊的力場,可以看到撞擊在力場上釋放的能量!但它抵禦的撞擊並不能無限擴大,超過一定範圍就會產生極為驗證的後果!

撞擊導致了飛船損壞,並且隨機喚醒了星爵同志,然後星爵覺得無聊,找了美女大表姐....抱歉跑題了哈!但至少能夠形象的說明,力場並不能無限制保護飛船,達到光速後的撞擊的沙粒能量將趨向於無窮大,因此力場並不能完全保護光速飛船!

三、有什麼方法可以保護光速飛船?

也許沒有任何方法保護光速飛船,必須要從發動機體制來考慮防禦方式,因為在空間中移動速度達到光速的物體沒有任何力量可以保護,但假如移動的是空間的話,就似乎是另一回事情了

也許用移動空間的方式可以完美解決這個問題,因為空間會很自然的將前方的障礙物從空間曲率的周圍分離,處在曲率空間泡內的飛船會得到完美保護,並且飛船並沒有相對它所處的空間移動!移動的只是外部包裹飛船的空間而已!

當然後兩種方式我們甚至都沒有理論基礎,也不確定未來是否能實現,但隨著未來的飛船速度越來越高,可能如何防護飛船真的需要提上日程,否則蒙著眼睛在宇宙中趕路,哪天被一粒隕石終結也是很正常的事情!


星辰大海路上的種花家


由於速度是相對的,理論上分析,別說是碰到一粒沙子了,就算是碰到一個電子,飛船也會因此報廢!因為光速飛行的任何物體都具有無窮大的動能,碰撞的瞬間足以毀滅任何物體!

而愛因斯坦的相對論早就告訴我們,任何物體都達不到光速,只能儘可能的接近光速,這裡的物體當然是指攜帶能量或信息的物體!

所以,無論如何光速飛船是不存在的。不過即使90%光速飛行的飛船撞上宇宙垃圾後果也是很嚴重的,同時理論上光速能達到90%光速同樣需要超乎尋常的能量!

不過宇宙中絕大部分地方都是近乎真空地帶,真空所佔的比例是絕對統治地位的。所以理論上我們無需考慮會撞上什麼東西,而且人類目前發射的任何探測器從來沒有考慮過會撞上什麼東西,事實上即使刻意想撞也很難撞上!

不過話說過來,如果將來某天人類能以亞光速飛行,比如90%光速,大概率人類早就可以擁有避免撞上宇宙垃圾的科技了,因為表面上看人類進步的是速度,但其實是全方位的進步,速度的進步意味著能源推進系統的革新,而能源是人類文明發展的推動力!


宇宙探索


首先,光速飛船是造不出來的,接近光速的亞光速飛船倒是可以。其次,如果亞光速飛船在太空中飛行時直接撞上一粒沙子,這完全有可會導致飛船報廢,甚至完全摧毀飛船,結果取決於飛船的速度有多接近光速。

如果兩個物體的相對速度很快,當它們碰撞時,將會面臨巨大的動能。正因為如此,儘管在太空中飛行的太空垃圾很小,但它們相對於某些航天器的相對速度極快,一旦發生碰撞,將會造成嚴重的破壞,所以太空垃圾對航天器存在著相當大的威脅。

同樣地,如果飛船以接近光速的極高速度相對於沙子運動,即便沙子非常小,但由於相對速度極快,沙子會對飛船造成巨大的破壞。根據狹義相對論,物體的動能Ek可由如下公式計算出來:

其中m0為物體的相對靜止質量,v為物體的相對速度,c為光速。

可以看到,即便m0很小,但只要v→c,則有Ek→+∞。舉個例子,假設一粒沙子的質量為1毫克,飛船的相對速度為光速的99.999943%,那麼,對於飛船而言,沙子所具有的動能將會達到8.4×10^13焦耳,這個能量與一枚當年投向廣島的原子彈(當量2萬噸TNT)爆炸相當。如果相對速度達到光速的99.999999999991%,沙子的動能將會高達2×10^17焦耳,這個能量與一枚沙皇炸彈(當量為5000萬噸TNT的氫彈)爆炸相當。

速度繼續增加,動能進一步增大,直至速度趨於光速,動能趨於無限大。因此,只要飛船相對於沙子的速度足夠快,沙子完全可以把飛船撞廢,甚至完全撞毀。也正是由於速度趨於光速,動能趨於無限大,只要有質量的物體,無論有多小,它的速度就不可能達到光速。

雖然太空中非常空曠,但由於亞光速飛船的速度極快,就必須考慮可能會與太空中的塵埃高速相撞所造成的破壞,所以需要在飛船的前方安裝能夠清理掉障礙物的防護罩。


火星一號


在防護力場這類玩意兒出現之前,還是別考慮光速飛行,沙子就可以毀滅光速飛船!想想核電站穿個小孔試試?


科學執政官


這個問題比較有意思,但嚴格來說:第一、在現行的物理框架內人類不可能製造出絕對意義上的光速飛船;第二、宇宙中也不存在沙子,要撞也只能撞上一些細小的隕石或者虛空中的一些粒子,但無論怎麼說先假設這種情況存在吧。

第一個問題:現實中決定一艘飛船撞擊後是否損毀的因素有哪些?答:速度、質量、體積、材料、撞擊部位。

在現行的物理框架內,根據愛因斯坦相對論:“所有有質量的物體都不可能達到光速!”這也就意味著在整個宇宙,不可能有人真正見過兩個有質量的物體以光速進行對撞,自然也就沒人知道具體的結果,所以大家總是以自己在生活中形成的直覺來對結果進行分析。為了詳細的說明問題,首先我們分析一下在現實生活中,決定一艘飛船撞擊後是否損毀的因素有哪些。為了方便理解,和其他人一樣也以飛機撞鳥進行舉例。

一、速度:只有飛機到達一定的速撞鳥才會產生嚴重後果。

二、被撞擊物的質量:被撞擊鳥的質量實際也決定了飛機的損毀程度,舉一個極端的例子,飛機在大氣層中飛行,每時每刻會和一些塵埃進行撞擊,但沒對飛機產生任何危險。

三、體積:主要指鳥的體積,當飛機達到一定的速度,被撞的鳥的體積也能影響最終結果。

四、材料:飛機自身材料的剛性也是決定條件之一。


五、撞擊部位:一般情況下只有飛機的引擎等關鍵部位撞鳥才會產生嚴重後果。

在現實生活中,這五個條件相互組合、變化會造成無數種可能,也就是說根本不可能完全肯定這架飛機(或者飛船)能不能撞毀,兩種可能各佔50%。

第二個問題:現實世界的經驗能否套用到光速世界?光速世界有什麼特殊性?答:現實世界的經驗肯定不能套用到光速世界,因為在光速的世界裡低速世界的很多物理法則將發生根本性的改變。

愛因斯坦在思索相對論的時候,以光速為基礎將世界分為“低速和高速”兩個不同的世界。在他的相對論中,在光速的世界,低速世界很多的物理法則將發生改變,有的甚至完全逆轉。具體到問題本身主要反映在兩個方面:

一、有質量的物體達到光速質量無窮大:這也就意味著這艘光速飛船無論撞上一粒多麼細小的沙子,只要不是極微觀的粒子級別,都會造成無窮的能量爆發。單從這個角度理解,這艘飛船隻有完全報廢這一種可能,甚至連渣也不會剩下。

現代強子對撞試驗已經證實,一個物體那怕是接近光速也會引起巨大的能量爆發,無堅不摧,連最堅硬的原子核也會直接擊碎。前幾年,歐洲科學家們曾將一些特殊粒子加速至光速的99%以上,已經極端的接近光速。在這種情況下,有的科學家甚至包括霍金,都一度擔心會撞出黑洞,或者毀滅世界。但慶幸的是這種情況並未發生,其原因就在於這些微觀粒子的質量實在太小了。

二、在光速的世界裡沒有時間:這是最反常識的地方,這也意味著這艘飛船所有基於物理、化學的變化,一切事件都將停止,已經不可能有任何東西對它造成任何傷害。

在愛因斯坦的理論中“時空”是一個整體,一個物體在空間中的移動會對它的時間造成影響,當這個物體完全的達到光速,這個物體的時間就會停止。這和牛頓的經典時空概念以及大眾的常識完全的不同。

第三個問題:光速飛船,宇宙飛行中碰到一粒沙子,會不會報廢?答:這艘飛船不會有任何損失!

雖然單獨分析光速世界的兩個特性得出了兩個相反的結果,但統一來看並不矛盾。首先站在上帝視角,不管這艘飛船時間有沒有停止,但撞上了沙子已經發生,沙子不是光速,所以仍然會引起超級的能量爆發,只是這個能量爆發不是來自於光速飛船,而是沙子。其次對飛船而言可看做什麼也沒有發生,光速飛船的每一個分子不會發生任何改變,因為對它們來說時間已經完全停止,即使是爆炸也是脫離光速之後的事情。但又因為有質量的物體達到光速之後質量會變得無窮大,也就意味著這艘飛船永遠也停不下來。

所以按照上帝視角,以低速世界的常識來看,是光速飛船撞碎了沙子,沙子發生了大爆炸,爆發出了巨大的能量,光速飛船毫髮無傷。

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