以光速飞行的针,破坏力有多强?能摧毁地球吗?

第五次生物大灭绝

我们所在的太阳系中目前已知的行星一共有8颗。离太阳最近的是水星,然后依次是金星、地球、火星,这4颗行星属于岩石行星;在往外则是气态行星,分别是木星,土星,天王星,海王星。

其中木星是这8颗行星中最大的,在木星和火星之间还有小行星带,其中遍布着许多小行星。由于木星的存在,它依靠着自己的引力牵引着这些小行星,以至于这些小行星不会轻易地冲进太阳系内圈来。

但是木星也偶尔会失手,这时候小行星就有可能撞击内圈的岩石行星。在距今6500万年前,木星就失手了,一颗直径为10公里的小行星进入到太阳系的内圈,并且一头撞上了地球,引发了第五次物种大灭绝。大部分的恐龙在随后的100~200万年内逐渐消失,只有少数演化成了如今的鸟类。

一颗直径10公里的小行星就足以撼动统治地球上亿的恐龙,我们知道根据爱因斯坦相对论中推论,光速是物质、信息、能量的极限速度,如果一根针以无限接近于光速的速度冲击地球,那地球上会被摧毁吗?

地球会被“光速针”摧毁吗?

在著名的科幻小说《三体》中,三体星人就曾经利用“水滴”,纯粹利用“野蛮冲撞”的形式就摧毁了大量的星际战舰,而水滴实际上能够做到这一点的主要原因是:密度足够大。针重量很轻,甚至不到1克,密度也不大,因此,针如果以很低的速度撞击地球,根本不会对地球有什么影响。

但是,还是在这本科幻小说中,三体星人的家园三体星系后来这是被歌者文明所毁灭,歌者文明用到的是:光粒。也就是说接近于光速的粒子,就摧毁了一整个星系。

虽然《三体》是科幻小说,但这里其实是有依据的。

我们日常生活的世界属于宏观低速的世界,在这个尺度下,我们运用牛顿力学就可以很好地描述这个世界。不过,到了20世纪初,物理学上空出现了两朵乌云,这两朵乌云让我们知道,在速度快,引力大的大尺度下,牛顿力学的误差会大到离谱;同样的,在微观的亚原子级尺度,牛顿力学也会出现很大的误差。

于是,这两朵乌云就催生了现代物理学的两大支柱,分别是相对论和量子力学。量子力学可以解释微观世界的物理学规律,而相对论则可以解释速度快,引力大的大尺度问题。

那么什么算是速度够快呢?答案是:处于亚光速或者接近于光速,并且越接近于光速,相对论的效应越是明显。根据狭义相对论,我们可以计算出一根针接近光速时所对应的动能量。

根据公式,我们就会发现,当速度越接近于光速,分母就越接近于零,那么这根针的动能就越大,当达到光速时,动能就会处于无限大。也就是说,如果一颗针真的能够达到光速,那么它撞击地球后,因为能量太大,肯定会把地球给摧毁。

根据相对论,我们知道,只有静止质量为0,才有可能达到光速,比如:光子就是静止质量为0。由于针是具有静止质量的,因为它无法达到光速,但它可以无限接近于光速,这也就意味着它的动能可以趋近于无限大。地球的引力结合能是:E=2.25*10^(32)(J),这里的引力结合能指的是把地球掰开,并且确保地球不会再依靠引力聚合起来所需要的能量。

如果我们带入到上面的方程进行计算,设定一颗针的重量为0.3克,我们就得到:当针可以达到光速的99.99999………………(大概是32个9)%。

也就是说,当这根针达到99.9999………………(大概是32个9)%时,它迎头撞上地球,地球就会被这根针所摧毁。这根针就如同上文提到的《三体》中歌者文明手中的“光粒”一样。

总结

根据相对论,一根针是具有静止质量的,因此它无法以光速撞击地球。但是当它无限接近于光速时,达到光速的99.99999………………(大概是32个9)%,它的动能就超过了地球的引力结合能,这个时候这根针完全可以摧毁地球。