如果一個雞蛋,它以50%的光速砸向地球,會氣化地球或毀滅人類嗎?

2020-11-22 騰訊網

先說答案:不會,但會給地球生態造成一定危害。為什麼呢?我們一起來探討。

質增效應限制物質運動速度不可達到光速。

光速是我們世界的一根不可逾越的槓槓,這個世界上任何有靜質量的物質都無法達到光速,這是愛因斯坦廣義相對論做出的一個假設。這個科學假設經歷了100多年觀測發現和實驗的檢驗,依然牢不可破,只有無數的證據,而沒有一例反證。

但宇宙中物質速度達到一半光速是完全可能的,因此這枚達到光速1半的雞蛋假設是成立的。物質運動遵循質速關係公式,表述為:M=m/√[1-(v/c)^2]。這裡,M為物質的運動質量,單位kg(千克);m為物質的靜質量,單位kg;v為運動速度,單位m(米),c為光速,可取近似值300000000m/s(米/秒)。

根據這個公式,物質運動達到光速所需動能和達到的動質量就無限大,因此是不可行的。但質速關係只是在趨近光速時才會變得越來越明顯,光速一半時表現並不明顯。如果一枚雞蛋重量為60g,也就是0.06kg,根據質速關係式,其動質量只有約0.069kg,質增效應只有約15%。

物質運動達到光速一半時,動能會很大。

雖然光速一半時,物體的動質量變化不是很明顯,但動能是很大的。計算物體動能的公式有兩個,一個是相對論動能公式,表達為:Eκ=m0c^2/√[1-(v/c)^2]-m0c^2;另一個是經典物理學動能公式,表達為:Eκ=1/2m0v^2。這裡面Eκ都是表達動能,單位為J(焦耳);m0為物體靜質量,v為物體速度,c為光速。

根據相對論公式,我們可以計算出這顆60g的雞蛋,以一半光速砸向地球時,撞擊能量約為8.36x10^14J,而根據經典物理學動能公式計算,撞擊的能量約為6.75x10^14J。

這個能量有多大呢?我們換算成炸藥的當量,1噸炸藥的威力相當4184000000J,也就是4.18x10^9J。那麼,根據相對論公式計算出來的雞蛋動能約相當20萬噸TNT炸藥的威力;按照經典物理學動能公式計算出來能量約相當16萬多噸TNT炸藥的威力。

這個能量有多大呢?世界上第一顆投放在廣島的原子彈約1.3萬噸當量,也就是說這枚以光速一半砸中地球的雞蛋,相當於12~15顆廣島原子彈當量,這種破壞力可以毀滅一個大型城市。如今的核彈頭當量一半都在10萬噸~50萬噸之間,因此這枚雞蛋的威力只相當於如今一顆中小型核彈頭,目前全世界大大小小核彈頭總量約有50000枚。

雞蛋會在大氣層燒毀嗎?

有人認為,這枚雞蛋如果從太空襲來,在大氣層就會被燒毀了,到不了地表;甚至有人認為掉到了海裡就會被海水吸收了,對地球生態基本沒有威脅。這種認識是錯誤的,因為這種認識完全沒有考慮到這麼大的速度和衝擊波。

要知道所有的流星小行星撞擊地球,速度都只在每秒數十千米,如果一個雞蛋大的流星通過大氣層,當然只有被燒毀的結局。但這顆雞蛋以光速50%撞上地球,它有燒毀的時間嗎?它即便燒毀了,對大氣層或者海洋的衝擊波有多大,你知道嗎?

我沒有具體去測算有多大衝擊波和力量,但我知道,超新星大爆發就是由於速度衝擊波導致的。恆星演化晚期,中心沒有了輻射壓抵禦重力壓,恆星外圍氣體以光速10%的速度坍縮衝擊鐵核,被鐵核以差不多的速度反彈回來,這種衝擊的能量非常驚人,結果就是熱核失控導致核心崩潰,以超新星爆發形式釋放能量。

超新星爆發的溫度可達100~1000億度,高溫高壓導致了一系列鐵以上元素的核聚變,才生成了我們世界已知的118種元素。這枚雞蛋可是以光速50%速度砸向地球啊,它通過1000km的大氣層只需要300分之一秒,即便來得及被氣化掉,衝擊地球的能量也不可小覷,絕不會小於前面所計算的當量。

那麼這枚雞蛋會讓地球崩潰嗎?

我想大概不至於,因為它的質量畢竟較小,即便增大10倍的力量,也只有200萬噸TNT當量。全球人類的核彈加起來約有50000枚,總當量約120億噸。即便所有的核彈投放在世界各地同時爆炸,可能會摧毀人類和生態,但地球一根毛也傷不著,它會照樣轉,過了若干萬年後,又會一片生機勃勃起來。

6500萬年前,那顆撞擊地球、導致恐龍退出歷史舞臺的小行星約10千米直徑,撞擊速度約光速的萬分之一,撞擊總能量約達到100萬億噸TNT當量,是如今人類擁有所有核彈總當量的近萬倍。結果只在墨西哥尤卡坦半島上留下了一個約300千米直徑的隕石坑。恐龍等大型爬行動物漸漸滅絕了,幾百萬年後,地球又生機勃發。

只不過生命進化的走向從此改變了,爬行動物式微了,哺乳動物成為世界的寵兒,而人類從中脫穎而出,成為世界的主宰。因此如果真有這麼一枚以50%光速砸向地球的雞蛋,對人類來說,當然是一場很大災難,但請放心,人類不會退出歷史舞臺,依然是這個世界的主宰。

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