一根针分别以光速和接近光速击中地球,结果竟然和我们所意料相反

先审题,这里不考虑针的材质,也不考虑大气层,摩擦力等其他外界因素。就是当针离地面0.0……01米时,速度分别是光速和接近光速时,问下一刻地球会怎么样?

不先说观点的文章都是耍流氓:

(1)如果针达到光速,那么对于地球来说只是小意思。

(2)如果速度稍微降那么一丢丢,让针无限趋近于光速,那么结果就会有很大的不同。

针达不到光速

针能不能达到光速是这道题的关键所在。我们都知道爱因斯坦最著名的方程:

但是大部分人并不知道,这只是一个方程的一部分,它只是描述了有质量的静止物体,表明物体相对于一个参照系静止时仍然有能量。比如说一根放在地上的针。

我们通过E=mc^2、质增方程、动量方程,反推回去,完整的方程是这样的:(不想费脑筋,可以略过这一张图)

通过勾股定理,把它改造成你认识的模样:

相对论能量三角形

P为动量,如果针还没来击穿地球,只是静静躺在地上时,那么它的动量P为0。当P为零,三角形的pc底边没有了,我们又回来了得到爱因斯坦著名的方程。↓

我们再把三角形展开回来,继续讲下一个问题

刚才是针在地上,动量为零,如果是质量为零,比如说光子。相信大家都会了,E=pc,即零质量粒子的能量就是它的动量。而静质量为零的粒子速度为光速C。

我们可以发现当直角边“mc方”越来越小时,pc越趋近E,即质量越小,运动物体的能量越趋近于物体的动量,但是即使静质量再小,也还是一个三角形,并无法形成一条直线,只有物体静止的质量为0时,才能成立。

结论:当静止的质量为零时,能量等于动量,速度为光速C。因为针质量不为零,最多就是无限趋近于光速,并不能达到光速。

假设针达到光速

爱因斯坦《狭义相对论》已经告诉我们,静质量不为零的物质,速度无法达到光速。如果针真的达到光速,那么爱因斯坦错了,说明高速运动我们还没有研究明白。那我们只能找牛顿,用他宏观低速理论中的动能公式计算。

随便找了一根针测了一下,约为0.174g,取整0.2g,速度为v为光速30万m/s,计算可得所蕴含的动能约为9×10^12焦耳。什么概念?日本广岛上爆炸的原子弹放出的能量约8.4×10^13焦耳。

比广岛爆炸的原子弹能量小10倍左右。对于地球来说,毛毛雨。

如果针无限趋近于光速

质增效应:针速度越快质量越大

爱因斯坦《狭义相对论》里有一个悲惨的故事:一个美女为了保持身材天天跑步,后来越跑越快。然后她发现了一个很可怕的事情,当自己跑得越快,质量就越大,质量越大就需要使更大的劲。因为坦克需要的牵引力肯定比自行车大,不信你蹬个坦克看看能不能跑起来。这个故事就是质增效应,这里不做推导,有兴趣的同学可以搜索一下。

针很轻,随着针在力的作用下,速度越来越快,针也会越来越“胖”,即动质量越来越大,质量越大需要的使针加速所需能量越大。可想而知,想把针加速到趋近于光速,所需能量就超级大。

因为随着针不断的加速,不断的趋近但不等光速,针的质量就趋近于无穷大,所蕴含能量也是无穷大。针的能量无穷大,而地球的抗打击能力是死的。即使是宇宙的能量也是有限的,如果有无穷的能量,使针无限接近于光速,拿下宇宙也不在话下,别说地球了。

针的速度计:

我们先要了解一下地球的抗击打能力,地球是游引力作用结合在一起的物体,可以通过结合能公式计算出U = 3/5GM^2/R,地球的重力结合能大约为2.2 x 10^32焦耳。

我们已知针的质量 m0 = 0.2 g,E=2.2 x 10^32焦耳,β = v / c ,通过相对论动能以及e=mc^2,即可得出,v=0.999……999c,计算器爆表,手算约为24个9。