一根针就可以毁灭地球?相对论的效应了解一下

在大刘的《三体》中就有过类似的描述,距离地球50光年远的187J3X1恒星发生爆炸,但这颗恒星处于主序阶段不可能提前发生超新星爆炸,通过观测发现一个体积极小接近于光速的物体穿过恒星,这个小物体就被称之为光粒,由于相对论效应,当光粒撞击到该恒星的时候质量已经到了这颗恒星的八分之一。后来通过模拟发现这样的光粒武器如果进入太阳系,会导致太阳以及四颗岩质行星同时毁灭。

无论是一根针还是一个原子或者是一粒沙,只要它们的速度无限接近于光速,那么最终的破坏力将是无法估计的。关于高速运动的物体经典力学中的动能公式为E=mv^2/2,公式中的m为一根针的静止质量不到一克,速度V为光速c,计算结果并没有想象中那么大,因为一根针的质量太小了,最后的动能可能赶不上一颗小行星撞击地球的威力,自然无法拿地球怎么样。

一个物体撞击另外一个物体能量的转换形式差不多的就是使速度变低,动能整体变小,损失的动能传递给被撞的物体,体现出的就是破坏性。爱因斯坦相对论的提出几乎对所有的经典物理学公式都进行了修正,当处在光速或者亚光速的世界就需要用修正过的公式进行计算。

在上边的公式中物体的动能公式已经有了新的形式,其中m0为这根针的静止质量,而m为这根针的相对论质量。要想把地球炸毁需要的能量必须要大于地球的引力结合能才行,这样才可以让地球不再聚集,也就是说这根针的能量必须大于2.45X10^32焦耳。只要这根针的速度足够快,就能达到这个能量要求。

但这个问题有两方面需要考虑,首先一根针具有静止质量,按照相对论这根针永远无法达到光速,理论上只能无限接近于光速。但如果按照人类目前的水平,用最大的粒子对撞机(LHC)才能把一个质子加速到99.999999%的光速,一根针就更加达不到这样的速度了。第二个方面是高速运动的物体尤其是质量较小的进入大气层会瞬间被“烧毁”,摩擦生热是一方面,但主要的因素是这根针对空气的极速压缩做功,空气温度会非常的高,会把针给融化,所以说除非拥有新材料才行。

还有朋友认为这根针可能会穿过地球,造成很小的洞,但实际上并不会这样,大家去网上看看一个子弹穿过西瓜之后是什么样的场景。


文/杜若,图片来源网络侵删。

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