一根针以光速击中地球会有什么后果?

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在过去45亿年里,地球不断遭受了大大小小的太空岩石的撞击。最近一次严重的小行星撞击地球事件发生在6500万年前,当时一颗直径至少10公里的小行星(希克苏鲁伯陨石)以大约20公里/秒的速度撞击了地球,由此引发了物种大规模灭绝。然而,地球本身却没有什么事情。

如果是一根针以光速击中地球会有什么后果呢?

根据经典物理学的动能公式:

Ek=1/2mv^2

一根以光速运动的针所具有的动能并不大,因为针的质量非常小,大概只有0.2克,其动能大约为9×10^12焦耳。相比之下,虽然希克苏鲁伯陨石的速度远低于光速,但它的质量非常大,达到了10^15千克,所以它的动能可达2×10^23焦耳,这要远高于以光速运动的针的动能。

因此,从经典物理学角度来看,针的动能其实并不大。当然,考虑到针的体积较小,它的穿透力会更强一些,对地球的局部破坏可能会更加严重。

但事实上,上述的计算是错误的。光速运动的针所具有的动能并非只有这么一点,它的破坏力其实非常强大,在某种意义上,强大到足以摧毁整个宇宙,更何况是地球。

一旦涉及到亚光速和光速运动,经典力学不再适用,而是需要考虑相对论:

可以看到,当速度逐渐接近光速之时,物体的动能会变得越来越大。当速度无限接近光速时,即便是针甚至是微小的原子,所具有的动能都是无限的。如果针的速度达到光速,它所具有的动能不但能够直接摧毁地球,而且就连宇宙都无法幸免。但这种设想是不会成立的,因为宇宙没有无限的能量把一根针加速度到光速,拥有静质量的针只能以低于光速的速度运动。

那么,针的速度达到多快可以撞毁地球呢?

组成地球的物质通过引力紧密束缚在一起,为了把这些物质完全分开,使得它们无法继续通过引力结合在一起,这需要超过地球引力结合能的能量。据估计,完全破坏地球所需的能量大约为2.24×10^32焦耳,这是一个不小的能量。

根据相对论的动能公式来计算,当一根针的速度被加速到光速的99.999…30个9…99967%之时,它可以完全撞毁地球。事实上,《三体》中摧毁恒星的“光粒”就是利用了这种原理。

那么,为什么我们平时不用相对论呢?

在速度远低于光速的情况下,相对论的动能公式经过泰勒级数展开之后,可得经典物理学的动能公式:

由于涉及相对论的计算比较繁琐,而我们平时所接触到的速度通常远低于光速,所以使用更简单的经典物理学就足够了。

灾难!绝对是大灾难!还是全球性的世界大灾难!甚至可能也会引发整个宇宙的大灾难!

如果您实在无法想象出那种撞击场景,请参照这两个场景去脑洞大开:

1、生活中交通撞击事故中的案发现场实况: 20km/h、100 km/h和200km/h的撞击造成的事故现场,然后脑洞大开,放开你今生的所有想象:能想多大就多大,能多离谱就多离谱。没错就是你无限无限的去想,还是差距很大的象那场景:无比震憾、无比恐惧!完全不可想象!

2、世界上四大突发巨大灾难: 小行星撞击地球。

其中最著名的是大约6600万年前,当一颗直径大约10公里的小行星撞击地球,相当于珠穆朗玛峰一样大小的一块巨岩撞击地球,后果是:撞击造成了全球范围内的严冬,地球上一半的物种因此而灭绝,在地球上生活了1.6亿年之久的恐龙也在这时候因此灭绝。

一根针,体积很小,针头很小,质量大概是1克,可经不住光速的恐怖加成,威力绝对让你恐怖、震憾到无法想象 。我们先科普一下光速的概念: 光速是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。

真空光速定义值:c0=299792458m/s

光速计算值:c0=299792.458km/s (一般取300000km/s)

根据光速的理论:一根针的质量将随着速度的增大而增大,当针的速度接近光速时,它的质量将趋于无穷大。 这个时候你就会发现:这一根针,小但是质量无限重,犹如一个巨人在使出巨力撞击地球,这一根针被加速到光速级别的针有多么恐怖的能量了吧!

地球的结合能是2.24×10J,这一根被加速到光速针能不能直接击碎地球,碎成原始星云状态?天也不知道,鬼也不知道,人更不知道,虽然《三体》中也利用了这个原理为我们描绘了光粒摧毁恒星的场景。

虽然一根针以光速击中地球是个脑洞大开的幻想场景,在人类真实的生活中根本不可能会出现。但是小行星撞地球的威胁却迫在眉睫。1998年以来,天文学家已发现超过1.5万颗近地小行星。目前来说,我们知道大约93%能造成大规模灭绝的天体。

灾难就是身边,它并不遥远: 1908年,一个直径不超过200米的天体撞向俄罗斯西伯利亚一个针叶林地带,随之而来的爆炸将大约1994平方公里的森林夷为平地。

好消息是:如果我们的确看到有一颗小行星飞来,我们有办法让它偏离轨道。呼吁全世界每一个国家联合起来,团结协作,共同应对这个全球性的世界大灾难。我们都是这个地球上的一员,这与我们大家息息相关,每一个人都不能置身事外!

这个问题让我想起一个网络问答题,说假如在高空落下一滴水,砸在人身上,会对人体造成多大的伤害?一些数学博士,物理博士开始用公式运算,一个个忙的满头大汗不亦乐乎!这时从外面进来一个保洁员阿姨,这个保洁员阿姨家里很穷,从小到大也没有上过几天学,她就说了一句话,让那些数学博士,物理学博士哑口无言,那个保洁员阿姨说:难道你们没有淋过雨吗?
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