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回顾:一根针以光速撞击地球,地球会发生什么,是毫无反应还是消失?

2024-10-10科学

综述

根据现有的历史资料的记载,地球上每隔几万年就有大型撞击事件发生,在美国、阿根廷、 印度和澳洲都分别留下了数千年甚至数万年以前陨石撞击地球所留下来的巨坑 ,当然除了这些被发现的、形状巨大且显著的撞击痕迹,还有更多我们没有被记录的小型撞击,其中的大多数都随着地表的各种侵蚀作用逐渐消失不见了。

这些神秘的深渊巨坑总是会引起人们无数的遐想,比如下一次大型撞击会是什么时候呢?它会带来哪些后果呢?

说到这里,一些有趣的问题会出现在人们的脑海当中,比如, 如果是一根针从遥远的宇宙空间朝着地球的方向发射而来,结果又会如何呢 ?你可能觉得一根针实在杀伤力太小了,那如果这根针是以光速前进呢?

动质量与静质量

要想严肃地解决一个科学问题,首先要将它放在合理的场景当中,所以关于一根针以光速撞击地球会发生什么的问题,必须首先厘清一些关键:比如, 一根针是否可以实现以光速撞击地球? 答案当然是不能。

在爱因斯坦的相对论中,有这样两个概念,分别是动质量和静质量。为什么会做这样的区分呢?因为按照这位物理学大师的理论,时空是相对的,而物体的质量与时空中的作用力、重力等等都是相关联的,要想将某一个物体的质量确定下来,必须要选取一个相对稳定的时空环境。

所谓的静质量, 指的就是一个物体在相对某一个时空环境处于稳定静止状态时的质量 ,相反,动质量就是物体在运动的时空环境下计算出来的质量。

那么静质量和动质量之间有没有联系呢,爱因斯坦的相对论中提出了这二者之间的转化公式, m=m0/根号(1-v*v/(c*c)) ,其中m是静质量,m0是动质量,v是速度,c是光速常数。

物理学认为,一个物体在高速运动时,一定会持续地产生加速度, 加速度所增加的重力和阻力相互抵消 ,在这种情况,物体周围的时空环境可以被认为是相对稳定的,因此物体的静质量保持不变。

而如果要在这种情况计算一个光速运动的物体的动质量,结果是一个目前的实数所无法描述的数值,这时再回到动静质量转化的公式,我们会发现这种情况是无法适用的,

也就是说如果一个物体在特定时空中存在静质量,那么它一定也有动质量, 但这个动质量的速度量不能大于等于光速 ,因为这种情况会导致无法倒推出物体的静质量,换句话说,在物理学上,这种情况不可能存在,拥有静质量的 针无法实现以光速在时空中运行

理想状态下的针

当然如果仅仅把这个问题本身作为一个趣味性问题来看的话,我们可以直接从公式上直观地去看到,在一个假设的时空环境中, 一根针以光速撞击地球会发生什么

以最常见的缝衣针的质量来进行计算,当它以光速射向地球时,产生的动能大概是1.64×10^14 焦耳,这个能量有多大呢?

想象一下一吨TNT的威力, 然后把这个威力乘以4,或者回忆一下核弹的杀伤力,然后把这个杀伤力乘以2 ,大概就是这根理想中的缝衣针以光速撞击地球能产生的冲击力。当然,这只是理想状态下的估计,因为这样一根针是不存在的。

稍微有点常识的朋友都知道,大气层会和高速下坠的物体产生摩擦,速度越快,摩擦反应就越强。缝衣针是铁制品,其主要的物理构成是铁分子,当这些元素以光速进入大气层时, 空气中的氧元素、氦元素会立刻与它们发生聚变反应 ,并爆发出巨大的热量堆,结果是,还没等这根针进入平流层,它就已经被热量堆烘成了等离子冲击波,在半空中爆炸并消失。

结语

综上所述,如果以严谨的科学态度来对待这个问题,那么这个问题本身的科学性是经不起考验的,如果只是用来满足一下求知欲和好奇心的话,可以直接忽略各种条件的合理性,在动能计算的公式中得到你想要的答案。

但是细心的朋友可能发现了,我们在严肃对待这个问题的时候,其实基本上都是借助爱因斯坦的相对论来完成推论的,也就是说,如果没有他的理论成果,要想得到这个问题的答案可能真的不容易。

比如一不小心就会陷入恐慌,将宗教重新推上神坛等等,要知道, 物理科学虽然被认为是一门理性、严谨、精确的学问 ,但是它同时也不比任何一门科学离神学更远,否则伟大的牛顿在陷入思维困境时,又为什么会将最终的解释权交给神呢?

不管怎么样,爱因斯坦的学说对现代物理的意义仍然在不断得到验证,这位大师的成果相信在很长一段时间内,仍然会继续扮演着世界物理研究基石的角色。