一根針就可以毀滅地球?相對論的效應了解一下

2021-01-10 科學黑洞

在大劉的《三體》中就有過類似的描述,距離地球50光年遠的187J3X1恆星發生爆炸,但這顆恆星處於主序階段不可能提前發生超新星爆炸,通過觀測發現一個體積極小接近於光速的物體穿過恆星,這個小物體就被稱之為光粒,由於相對論效應,當光粒撞擊到該恆星的時候質量已經到了這顆恆星的八分之一。後來通過模擬發現這樣的光粒武器如果進入太陽系,會導致太陽以及四顆巖質行星同時毀滅。

無論是一根針還是一個原子或者是一粒沙,只要它們的速度無限接近於光速,那麼最終的破壞力將是無法估計的。關於高速運動的物體經典力學中的動能公式為E=mv^2/2,公式中的m為一根針的靜止質量不到一克,速度V為光速c,計算結果並沒有想像中那麼大,因為一根針的質量太小了,最後的動能可能趕不上一顆小行星撞擊地球的威力,自然無法拿地球怎麼樣。

一個物體撞擊另外一個物體能量的轉換形式差不多的就是使速度變低,動能整體變小,損失的動能傳遞給被撞的物體,體現出的就是破壞性。愛因斯坦相對論的提出幾乎對所有的經典物理學公式都進行了修正,當處在光速或者亞光速的世界就需要用修正過的公式進行計算。

在上邊的公式中物體的動能公式已經有了新的形式,其中m0為這根針的靜止質量,而m為這根針的相對論質量。要想把地球炸毀需要的能量必須要大於地球的引力結合能才行,這樣才可以讓地球不再聚集,也就是說這根針的能量必須大於2.45X10^32焦耳。只要這根針的速度足夠快,就能達到這個能量要求。

但這個問題有兩方面需要考慮,首先一根針具有靜止質量,按照相對論這根針永遠無法達到光速,理論上只能無限接近於光速。但如果按照人類目前的水平,用最大的粒子對撞機(LHC)才能把一個質子加速到99.999999%的光速,一根針就更加達不到這樣的速度了。第二個方面是高速運動的物體尤其是質量較小的進入大氣層會瞬間被「燒毀」,摩擦生熱是一方面,但主要的因素是這根針對空氣的極速壓縮做功,空氣溫度會非常的高,會把針給融化,所以說除非擁有新材料才行。

還有朋友認為這根針可能會穿過地球,造成很小的洞,但實際上並不會這樣,大家去網上看看一個子彈穿過西瓜之後是什麼樣的場景。

文/杜若,圖片來源網絡侵刪。

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