论,一根筷子如何击穿钢板,击穿地球,科学证明,颠覆你的认知

先说答案:当筷子接近光速飞行时,可以秒杀钢板,如果有无尽的能量,使筷子无限接近光速,可以秒杀地球。

需要用到的理论:狭义相对论

速度的巅峰对决

1905年,爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》,其中提出了一个理论——《狭义相对论》,这个理论颠覆了,或者说包含了牛顿大神的经典力学。在宏观低速的情况下,经典力学是狭义相对论的近似解。

举例来说一下:

张三速度1m/s和李四速度2m/s,两人相向运动,问相对速度?

已知v=3m/s,u=3m/s

牛顿力学之下的伽利略变换求解: v‘ = v + u = 1 + 2 = 3 m/s

狭义相对论的洛伦兹速度变换计算:

光速c=3*10^8m/s,u分母近似于1,结果近似于3m/s

如果改成高速运动,张三、李四速度都为0.5倍光速,即0.5c

伽利略变换:v’ = 0.5c + 0.5c = c

洛伦兹变换:v‘ =(0.5c+0.5c) / (1+0.25)= 0.8c

可见在高速状态下,牛顿就不太好用了。在日常生活中,我们很少能用到狭义相对论,相比较来说牛顿经典力学,胜在计算简单,宏观低速也足够精确。但是一根日常的“筷子”,达到光速或接近光速,这就涉及到高速运动了。

狭义相对论

很多人可能不解,为什么说爱因斯坦的《狭义相对论》就一定正确呢?这里简单阐述一下:

科学体系的自洽性、证伪性、重复性,都源于他方证明。爱因斯坦是基于惯性系和光速不变原理两个条件,推导出或者说是归纳出了《狭义相对论》。这里面争议最大的就是光速不变原理。

光速不变原理

它是指光在任何参照系下的速度都是光速本身。比如说你原地打开车灯,发出去的光速度是c,当车以100m/s的速度行驶时,再打开车灯,我在旁边看到的,光的速度还是c,而不是(100+c)。

牛顿认为时间就是时间,时间永远不会变,就像一条匀速连续的长河向前流逝着,不会因为任何因素发生减速、加速、停滞。空间就是空间,同样不会因为任何因素而改变,这就是牛顿的绝对时空观。在这样的时空观下,一切事物都是相对的,都有参照物,光速也不例外,而光是在一种叫做“以太”的介质中传播。

如果确定“以太”的存在,那么就出现相对的问题,就像声音相对于空气,空气又相对于观察者。同理光就会存在相对速度,就像上面说的车100m/s行驶,路人甲观察的到光速(100+c)

证明

而光速不变原理在爱因斯坦发表《狭义相对论》之前,迈克耳逊---莫雷实验已经证明,特别搞笑的是,原本迈克耳逊和莫雷一直想证明的是“以太”的存在。

而光速不变原理也不是爱因斯坦提出来的,根据麦克斯韦方程,可以推导出真空中电磁波速c为常数。

而光也是电磁波的一部分,并且由麦克斯韦方程计算出的光速与实验测得光速是一致的,当然这里面存在一些证明前后的逻辑,到底是先证明光是电磁波,还是先证明速度一致就不要太纠结了,无论如何这都体现了科学的自洽性。

如果说谁给了爱因斯坦启发,那要谈到洛伦兹这个荷兰物理学家。说洛伦兹已经把《狭义相对论》证明了一半也不为过。

洛伦兹在研究电磁理论时,发现了牛顿力学与麦克斯韦方程存在着矛盾,伽利略变换所得结果与麦克斯韦方程所得结果不一致。于是洛伦兹运用了他高超的数学微积分推导出了一个新的变换公式——洛伦兹变换,而这套变换就是狭义相对论的基础。不巧的是洛伦兹也是“以太”说的拥护者,他不愿意打破旧框架,所以成就了爱因斯坦。

以上是证明,狭义相对论与经典力学的关系,以及狭义相对性是正确的。

筷子好重

狭义相对论质增效应公式:

m0为物体的静止质量,m为物体的动质量

通过公式我们可以知道当筷子速度v越大,越趋近于光速,那么筷子的动质量越大。

从上图可知,无论筷子速度如何增加,都无法达到光速,光速是一切物质运动的极限,当筷子达到光速,分母为0,《狭义相对论》就失效了,这是不可能的。

击穿地球的能量

如果让一个人推一根筷子,谁都可以推动,但是随着这个筷子的速度逐渐增加,动质量也会增大,婴儿车慢慢就变成了小汽车、轮船、地球、太阳......到了最后连整个宇宙的能量都无法使其加速。

所需能量公式:

当根号下v无限趋近于光速,分母无穷小,所需能量无穷大。

所以如果有无穷大的能量,使筷子无限接近于光速,即筷子所具有的能量就会无穷大。

运动的筷子所具有的能量↓

所以筷子可以击穿钢板,击穿地球。