来源:hao123百家号 时间:2022-03-12 11:46:19
光速是一个老生常谈的话题,我们知道光速的大小约为30万千米/秒,就目前来说,我们人类根本无法将宏观物体加速到光速,甚至亚光速也不行,因为这所需要的能量非常大,大到让人类望而却步。
可以这么说,一旦宏观物体的速度达到一定的程度,就会变得非常可怕。比如地球近地轨道上的太空垃圾,虽然仅仅只有大约10千米每秒的速度,但是一颗螺丝钉大小的物体碰撞就相当于一颗手榴弹爆炸的威力。
哈勃望远镜之所以不再进行维修,除了航天飞机退役的原因外,危险的太空环境也是其中之一,因为充满了太空垃圾,每一个太空垃圾都相当于一个动能武器,如同一枚枚大大小小的炸弹。
那么当速度进一步变大,达到光速以后,又会产生多大的威力呢?这里我们可以开一个脑洞:当一根针以光速撞击地球,会产生怎样的后果呢?
一般来说,一根针的质量约为0.2克,根据经典物理学里的动能定理(E=1/2mv^2)可以算出,这根针的能量大约为9万亿焦耳。这个数字看上去很大,但是比不上一场核爆,比如当年的小男孩,其爆炸威力就相当于63万亿焦耳,是这根光速针的6倍左右。
有人说,你说得不对,我们地球有大气层,可以保护地球,当这根针以光速进入地球后,在第一时间内它就会因为与大气摩擦而燃烧殆尽,所以处于地球表面的物体根本就感受不到它的影响。 那么,这是否意味着就算一根针真的以光速撞击地球 ,那它也不会对地球造成任何影响呢?
很明显这种推测并不合理,因为当物体达到亚光速或者接近光速后,就会产生明显的相对论效应,经典力学将不再适用。因此,我们必须要用相对论来计算这根针的能量。
根据公式我们可以知道,当物体的速度接近光速时,物体的质量将会不断增加,其所携带的动能将会趋近于无穷大。因此当这根针撞向地球的时候,它所携带的能量将趋近于无穷大,地球将会在瞬间灰飞烟灭。
当物体的速度越接近光速,其所携带的能量就越大,不要说是一根针,就算是一颗质子,只要它能接近光速,它所具有的动能也会接近无穷大。
所以当与地球撞击时,不仅地球会被摧毁,就连我们整个可观测宇宙都无法避免。但是很明显,这种设想是不能成立的,因为宇宙的能量也是有限的,我们根本没有足够的能量将一根针加速到光速。
相对论告诉我们,凡是具有静止质量的物体都不可能被加速到光速,最多只能无限接近,比如人类的粒子对撞机,就能将粒子加速到亚光速。比如光的速度之所以能够以光速前进,那是因为光子没有静止质量。
那么我们换个脑洞,要是将一根针加速到光速的99.99%后撞击地球会怎样呢?根据相对论效应,我们可以算出这根针的动能高达1.23*10^18焦耳,这个能量相当于2万多枚广岛原子弹同时爆炸产生的威力。
在这种情况下,被针撞击的区域将会被完全摧毁,撞击产生的爆炸范围直径能达到8千米,这个区域以外的生物也会受到巨大影响。
因为不是核爆,所以撞击后不会产生辐射,但是强大的能量将会产生巨大的冲击波并造成巨大的地震以及超级海啸,并引发大规模火山爆发。整个地球的生物将迎来末日,但是对地球本身而言,却不值一提,只需要静静等待几十万年或者数百万年,地球就能恢复正常。
为什么说对地球的影响不大呢?那是因为在过去的46亿年里,地球已经经历过太多的撞击,而我们的地球依旧正常。直到今天,地球依旧受到小行星和陨石的威胁,但这些陨石大多都在大气层燃烧殆尽,到达地球上的只有非常小的体积,因此造成的影响并不大。
于是有人会说,那这根达到99.99%光速的针难道不会在大气层燃烧掉吗?科学家们猜测,这根针极有可能在大气中变成一束高能粒子流,但不管变成什么形式,他它所携带的巨大动能都会施加在地球身上。
这根针会变成一束铁离子,但是这束铁离子的质量摆在那里,并不会凭空消失。这束带有质量的粒子会散开形成一个离子团,在与空气的碰撞中变成一股巨大的冲击波,然后以超高速轰向地球表面。这时候,地球上的所有生物要么会直接毁于这股超级碰撞,要么就毁于由此产生的高能伽马射线。
当然,还是那句话,生物会灭绝,但是地球依旧没事。那么想要地球本身毁灭需要多大的能量呢?根据计算,理论上2.25*10^32焦耳能量可以摧毁地球本身,根据相对论的动能公式反向计算,我们只需要再给针加一点速度就可以达到,这个速度就是99.99……67 %(小数点后要有30个9,然后加上67),但是真要将一根针加速到这种程度,所需要的能量多到消耗掉整个太阳系都不够。
所以,哪怕是开脑洞地球根本不可能出事,容易出事的始终是地球生物,是人类文明。也许,这也是人类文明之所以探索太空,探索宇宙的原因之一,因为我们从来不是将命运交给上天的种族。灾难不知道哪天会到来,但是居安思危的我们已经在努力了。
祝愿我们人类文明有一个美好的未来,希望未来整个银河系中都布满着我们人类文明的脚印。
想了解更多精彩内容,快来关注科学新视界
标签:
“少年航天科普特训营”举行,VR空间站引关注