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當(dāng)一根針達(dá)到光速以后有多可怕?難怪光速只能接近不能超越!

來源:hao123百家號(hào)     時(shí)間:2022-03-12 11:46:19

光速是一個(gè)老生常談的話題,我們知道光速的大小約為30萬千米/秒,就目前來說,我們?nèi)祟惛緹o法將宏觀物體加速到光速,甚至亞光速也不行,因?yàn)檫@所需要的能量非常大,大到讓人類望而卻步。

可以這么說,一旦宏觀物體的速度達(dá)到一定的程度,就會(huì)變得非常可怕。比如地球近地軌道上的太空垃圾,雖然僅僅只有大約10千米每秒的速度,但是一顆螺絲釘大小的物體碰撞就相當(dāng)于一顆手榴彈爆炸的威力。

哈勃望遠(yuǎn)鏡之所以不再進(jìn)行維修,除了航天飛機(jī)退役的原因外,危險(xiǎn)的太空環(huán)境也是其中之一,因?yàn)槌錆M了太空垃圾,每一個(gè)太空垃圾都相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)能武器,如同一枚枚大大小小的炸彈。

那么當(dāng)速度進(jìn)一步變大,達(dá)到光速以后,又會(huì)產(chǎn)生多大的威力呢?這里我們可以開一個(gè)腦洞:當(dāng)一根針以光速撞擊地球,會(huì)產(chǎn)生怎樣的后果呢?

一般來說,一根針的質(zhì)量約為0.2克,根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)里的動(dòng)能定理(E=1/2mv^2)可以算出,這根針的能量大約為9萬億焦耳。這個(gè)數(shù)字看上去很大,但是比不上一場核爆,比如當(dāng)年的小男孩,其爆炸威力就相當(dāng)于63萬億焦耳,是這根光速針的6倍左右。

有人說,你說得不對(duì),我們地球有大氣層,可以保護(hù)地球,當(dāng)這根針以光速進(jìn)入地球后,在第一時(shí)間內(nèi)它就會(huì)因?yàn)榕c大氣摩擦而燃燒殆盡,所以處于地球表面的物體根本就感受不到它的影響。 那么,這是否意味著就算一根針真的以光速撞擊地球 ,那它也不會(huì)對(duì)地球造成任何影響呢?

很明顯這種推測并不合理,因?yàn)楫?dāng)物體達(dá)到亞光速或者接近光速后,就會(huì)產(chǎn)生明顯的相對(duì)論效應(yīng),經(jīng)典力學(xué)將不再適用。因此,我們必須要用相對(duì)論來計(jì)算這根針的能量。

根據(jù)公式我們可以知道,當(dāng)物體的速度接近光速時(shí),物體的質(zhì)量將會(huì)不斷增加,其所攜帶的動(dòng)能將會(huì)趨近于無窮大。因此當(dāng)這根針撞向地球的時(shí)候,它所攜帶的能量將趨近于無窮大,地球?qū)?huì)在瞬間灰飛煙滅。

當(dāng)物體的速度越接近光速,其所攜帶的能量就越大,不要說是一根針,就算是一顆質(zhì)子,只要它能接近光速,它所具有的動(dòng)能也會(huì)接近無窮大。

所以當(dāng)與地球撞擊時(shí),不僅地球會(huì)被摧毀,就連我們整個(gè)可觀測宇宙都無法避免。但是很明顯,這種設(shè)想是不能成立的,因?yàn)橛钪娴哪芰恳彩怯邢薜?,我們根本沒有足夠的能量將一根針加速到光速。

相對(duì)論告訴我們,凡是具有靜止質(zhì)量的物體都不可能被加速到光速,最多只能無限接近,比如人類的粒子對(duì)撞機(jī),就能將粒子加速到亞光速。比如光的速度之所以能夠以光速前進(jìn),那是因?yàn)楣庾記]有靜止質(zhì)量。

那么我們換個(gè)腦洞,要是將一根針加速到光速的99.99%后撞擊地球會(huì)怎樣呢?根據(jù)相對(duì)論效應(yīng),我們可以算出這根針的動(dòng)能高達(dá)1.23*10^18焦耳,這個(gè)能量相當(dāng)于2萬多枚廣島原子彈同時(shí)爆炸產(chǎn)生的威力。

在這種情況下,被針撞擊的區(qū)域?qū)?huì)被完全摧毀,撞擊產(chǎn)生的爆炸范圍直徑能達(dá)到8千米,這個(gè)區(qū)域以外的生物也會(huì)受到巨大影響。

因?yàn)椴皇呛吮?,所以撞擊后不?huì)產(chǎn)生輻射,但是強(qiáng)大的能量將會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊波并造成巨大的地震以及超級(jí)海嘯,并引發(fā)大規(guī)模火山爆發(fā)。整個(gè)地球的生物將迎來末日,但是對(duì)地球本身而言,卻不值一提,只需要靜靜等待幾十萬年或者數(shù)百萬年,地球就能恢復(fù)正常。

為什么說對(duì)地球的影響不大呢?那是因?yàn)樵谶^去的46億年里,地球已經(jīng)經(jīng)歷過太多的撞擊,而我們的地球依舊正常。直到今天,地球依舊受到小行星和隕石的威脅,但這些隕石大多都在大氣層燃燒殆盡,到達(dá)地球上的只有非常小的體積,因此造成的影響并不大。

于是有人會(huì)說,那這根達(dá)到99.99%光速的針難道不會(huì)在大氣層燃燒掉嗎?科學(xué)家們猜測,這根針極有可能在大氣中變成一束高能粒子流,但不管變成什么形式,他它所攜帶的巨大動(dòng)能都會(huì)施加在地球身上。

這根針會(huì)變成一束鐵離子,但是這束鐵離子的質(zhì)量擺在那里,并不會(huì)憑空消失。這束帶有質(zhì)量的粒子會(huì)散開形成一個(gè)離子團(tuán),在與空氣的碰撞中變成一股巨大的沖擊波,然后以超高速轟向地球表面。這時(shí)候,地球上的所有生物要么會(huì)直接毀于這股超級(jí)碰撞,要么就毀于由此產(chǎn)生的高能伽馬射線。

當(dāng)然,還是那句話,生物會(huì)滅絕,但是地球依舊沒事。那么想要地球本身毀滅需要多大的能量呢?根據(jù)計(jì)算,理論上2.25*10^32焦耳能量可以摧毀地球本身,根據(jù)相對(duì)論的動(dòng)能公式反向計(jì)算,我們只需要再給針加一點(diǎn)速度就可以達(dá)到,這個(gè)速度就是99.99……67 %(小數(shù)點(diǎn)后要有30個(gè)9,然后加上67),但是真要將一根針加速到這種程度,所需要的能量多到消耗掉整個(gè)太陽系都不夠。

所以,哪怕是開腦洞地球根本不可能出事,容易出事的始終是地球生物,是人類文明。也許,這也是人類文明之所以探索太空,探索宇宙的原因之一,因?yàn)槲覀儚膩聿皇菍⒚\(yùn)交給上天的種族。災(zāi)難不知道哪天會(huì)到來,但是居安思危的我們已經(jīng)在努力了。

祝愿我們?nèi)祟愇拿饔幸粋€(gè)美好的未來,希望未來整個(gè)銀河系中都布滿著我們?nèi)祟愇拿鞯哪_印。

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