1根針以光速擊中地球,地球會被摧毀嗎?


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1根針以光速擊中地球,地球會被摧毀嗎?

話說在6500萬年前,已經在地球上稱霸了上億年的恐龍,意外地迎來了滅頂之災。一顆直徑長達10公里的小行星一頭撞上了地球,灰塵和二氧化硫大規模地噴出,這就使得太陽照射到地球上的日照量降低。

於是,地球上大多數的食物鏈崩潰,植物無法正常地進行光合作用。在接下來的200萬年裡,食草恐龍和食肉恐龍因為缺少食物而滅絕,飛鳥恐龍也走到了窮途末路。

倒霉的不僅僅有恐龍,還有許多其他的物種,當時地球上大概有95%的生物種類發生滅絕,是五次劇烈的生物大滅絕中第二嚴重的,也是距離我們最近的一次生物大滅絕。

那麼問題來了,如果我們把小行星換成是一根針呢?如果一根針以光速擊中地球,那麼地球會引發第六次生物大滅絕嗎?

一根針以光速擊中地球會有什麼後果?

要了解這個問題,我們首先要搞清楚一個概念:動能。

小行星撞地球之所以會引發恐龍的滅絕,主要是因為小行星的動能巨大,撞擊的那一刻,動能都會被釋放出來。由於小行星的速度遠低於光速,所以我們可以直接用動能定理“E=(1/2)×(mv^2)”來計算它的能量,其中科學家預估,撞擊地球的小行星動能是4.2×10^23焦耳。要知道,人類製造的威力最大的炸彈是沙皇氫彈,小行星撞擊所釋放出來的能量要是沙皇氫彈所釋放出來的能量200萬倍,同時也是美國在二戰時期投擲在日本上的第一顆原子彈“小男孩”所釋放能量的13.76億倍。

用同樣的方式,我們也可以來計算一根針的以光速運動時所對應的動能。我們姑且把針的質量按照1克來計算,那麼一根針以光速運動所對應的動能就是4.5×10^13焦耳。這個數字要比小行星撞擊地球小10個數量級,大概也相當於“小男孩原子彈”的威力。那是不是意味著,這根針撞擊到地球上後,地球就好比被一顆“小男孩原子彈”炸了一下?

答案顯然不是這樣,如果真有那麼以光速運動的針撞擊到地球,那麼地球肯定沒了。但同時人類所構建的物理學大廈也會塌了,為何會如此嚴重呢?

現代物理學

這其實就要說到愛因斯坦了,他在20世紀初提出了著名的相對論。而在此之前,主流的科學理論是牛頓的力學理論和麥克斯韋的電磁學理論。在這之後,相對論和量子力學成為了現代物理學的支柱。

如果當一個物體的速度達到了接近於光速時,牛頓的動力學理論就不適用了,誤差會非常大。這時候愛因斯坦相對論的普適性就體現出來了,在高速狀態下,尤其是接近於光速時,相對論要遠比牛頓力學更準確。所以,一根針如果以接近於光速運動,此時應該用的是相對論來計算動能。

而相對論告訴我們,物體的速度越快,質量就會變得越大,因此接近於光速運動的針的質量不再是1克,而取決於它有多接近於光速狀態。只要接近於光速,針的質量就會非常大,動能也會非常大,撞到地球上就不會僅僅是一顆原子彈的威力,而應該是直接把地球給毀滅。

在科幻小說《三體》中就用到了這個概念,小說中,歌者文明利用“光粒”,一種接近於光速的粒子,擊中一個星系,一整個星係就被摧毀了。

那一根針是不是以光速運動呢?

相對論的基礎是光速不變原理和相對性原理,通過簡單地推導,我們就可以得到一個結果:物質、信息、能量傳遞的最快速度是光速,然而如果要達到光速,意味著物質的靜止質量要為零,可是針的靜止質量不是零。因此,根據相對論,針是不可能達到光速的,如果真的達到了,那麼相對論就錯了,現代物理學的地基就要少一個。

但這還不是最嚴重的,嚴重的可以摧毀現代物理的根基。量子力學其實解釋了為什麼擁有靜止質量的物體不能以光速運動。主要是因為構成萬物的粒子有很多,而在宇宙中遍布著希格斯場。希格斯場可以對靜止質量不為0的粒子減速,而靜止質量為0的物體不會受到希格斯場的影響。

後來,大型粒子對撞機也證明了希格斯場的存在。因此,如果針可以達到光速,那麼意味著量子力學也是錯的。那麼現代物理學的兩大根基也就一起被摧毀。