质量为10g的子弹,如果以光速朝地球冲过来,会发生什么?

  • A+
所属分类:浩瀚星途
摘要

如果1颗质量为10g的子弹真的能加速到光速,那么别说是地球,就连整个太阳系都会被摧毁。但是,根据爱因斯坦狭义相对论,质量为10g的子弹,并不能加速到光速。那具体是咋回事呢?今天,我们就来聊一聊这个话题。狭义相对论我们知道,物理学其实分为经典物理学和现代物理学。其中经典物理学指的就是以牛顿力学和麦克斯韦方程为基础的科学理论。而现代物理学这是以相对论和

如果1颗质量为10g的子弹真的能加速到光速,那么别说是地球,就连整个太阳系都会被摧毁。但是,根据爱因斯坦狭义相对论,质量为10g的子弹,并不能加速到光速。那具体是咋回事呢?

今天,我们就来聊一聊这个话题。

狭义相对论

我们知道,物理学其实分为经典物理学和现代物理学。其中经典物理学指的就是以牛顿力学和麦克斯韦方程为基础的科学理论。

而现代物理学这是以相对论和量子力学为基础的科学理论。

牛顿力学描述的是宏观低速状态的物体运动情况,而相对论则描述的是引力大,或者速度快(接近于光速)的物体运动情况。

在牛顿力学描述情况其实是相对论在宏观低速下的近似解,也就是说相对论的适用面更广。在相对论的框架下,我们可以得到这样的结果,那就是物体的质量随着运动状态的变化而变化。你可能要疑问了,牛顿力学可不是这么说的。实际上,宏观低速也有质量变化的效应,只是微乎其微,在牛顿时代根本没有办法测到,所以牛顿才会觉得质量是不会随着物体运动状态变化而变化的。

根据相对论,我们计算出,运动物体的质量,下面就是方程。

通过这个方程,我们就可以得到这么一个结果,那就是随着速度越接近于光速,物体的质量就膨胀得十分剧烈。

当物体的速度大概光速的99%时,这个物体的质量就会膨胀到原来7.07倍,10g子弹,就会变成70.7g的子弹;

当物体的速度大概光速的99.9%时,这个物体的质量就会膨胀到原来22.4倍,10g子弹,就会变成224g的子弹;

当物体的速度大概光速的99.99%时,这个物体的质量就会膨胀到原来70.7倍,10g子弹,就会变成707g的子弹;

当物体的速度大概光速的99.999%时,这个物体的质量就会膨胀到原来227倍,10g子弹,就会变成2270g的子弹;

当物体的速度大概光速的99.99999999%时,这个物体的质量就会膨胀到原来70711倍,10g子弹,就会变成707110g的子弹;

所以,你看越是接近于光速,这个质量膨胀的效应就越剧烈,也就是质量越大。而我们要知道的是,当物体质量越大,要给它加速所需要的能量就越大。而当物体要达到光速时,质量就会膨胀到接近于无限大,也就是说,所需要的能量其实就无限大。

因此,我们没有可能把一个有质量的物体加速到光速,因为即使是耗尽宇宙的能量,也只能让它无限接近于光速,而达不到光速。

如果达到了光速

为了能够继续讨论下去,我们假设我们可以让这10g子弹的速度达到光速。那这会咋样呢?

我们可以这么说,它在宇宙中可以横行霸道,指哪打哪,摧毁整个太阳系都不在话下。那为什么会这样呢?

手枪打出的子弹之所以威力巨大,本质上就是因为子弹跑得快,这个速度大概在300~500m/s,快的也有到800多m/s。

而光速飞行的子弹,质量是无限大,其次光速是3*10^8m/s,是普通子弹速度的10^6倍左右,所以,它的能量也是无限大的,破坏力是无法估算的,当它碰撞到一颗天体,这个天体是会被它直接毁灭的。

刘慈欣有一部的科幻小说《三体》当中,就写了这个知识点。他在书中描述了一个比地球文明程度更高的宇宙清洁工,这个清洁工也被称为歌者文明。这个歌者文明后来摧毁了地球,而歌者文明最常用的手段叫做质量点。啥意思呢?

其实说的就是速度极度接近于光速的小体积物体。歌者文明把它扔向一个天体,这个天体就会被摧毁,这里运用到的就是狭义相对论中的质量膨胀效应。

可我们要知道的是,歌者文明使用的质量点还只是接近于光速,而不是光速。因此,当子弹被加速到了光速,它的威力是要远远大于质量点的。

相对论会失效

但如果真的把子弹加速到了光速,客观地说,这就意味着相对论错了。相对论的地基是光速不变原理和相对性原理。通过光速不变原理可以推导出物质、信息、能量传递的极限速度是光速,而带有静止质量的物体是不可能加速到光速的。子弹是有静止质量的,如果真的加速到光速,那说明光速不变原理错了,那相对论也就错了。

但如今看来,这100多年来的各种验证实验已经验证了相对论无比正确。因此,子弹是不可能被加速到光速的。

谢邀,我想地球都没感觉到有子弹想扎我?

速度越大,与大气层摩擦约剧烈,光速子弹恐怕在大气层拉着一道弧线,一道闪光灰飞烟灭了。

每天,都有大量的高能粒子和宇宙射线以亚光速甚至光速撞击地球。不过,地球安然无恙,人类在地球上的生存基本上没有受到影响。

如果换做是一颗质量为10克的子弹,倘若它以光速飞向地球,结果又会如何呢?

如果根据牛顿物理学,即便子弹以光速运动,但它的质量非常低,它所具有的动能并不高,大约为4.5×10^14焦耳,这相当于5枚广岛原子弹爆炸所释放出的能量。有可能当子弹在穿过稠密的地球大气层时,就因为剧烈压缩前方的空气,使得温度剧增,导致子弹还没撞到地面就被完全蒸发掉。人类曾经引爆过当量相当于2500枚广岛原子弹的氢弹,结果也没有对地球本身造成什么影响。

与自然界中的爆炸事件相比,这更是微不足道的能量。目前已知最大规模的火山爆发事件发生在大约2700万年前,当时拉加里塔火山出现大规模爆发,释放出的能量相当于2400万枚广岛原子弹同时爆炸。

目前已知最大规模的小行星撞击事件发生在6500万年前,当时希克苏鲁伯陨石撞上地球,释放出的能量相当于50亿枚广岛原子弹同时爆炸。即便如此,地球上只是留下了一些痕迹,地球本身基本无恙。

不过,爱因斯坦的相对论告诉我们,牛顿物理学只适合在低速情况下近似使用,亚光速和光速的情况只能用相对论,所以上述的计算结果是错误的。考虑到相对论效应,有静质量的物体在接近光速时,动能将会急剧升高,因为动质量会随着速度无限接近光速而变得无穷大,具体如下图所示:

根据相对论,可以推导出亚光速下的动能为:

如果子弹以光速运动,其运动质量将会变成无穷大,动能也会变成无穷大。不要说地球,就连整个宇宙也会被这颗拥有无穷能量的子弹摧毁掉。

不过,这在现实中是不可能实现的。因为宇宙没有无限的能量来把子弹加速到光速,即便是十分微小的电子(质量为9.1×10^-31千克)也无法被加速到光速,拥有静质量的物体注定不能达到光速。

另一方面,如果物体没有静质量,为了使相对论的动能公式有意义,变成0/0型不定极限,这种物体的速度只能是光速,始终以光速传播的光子就是这样的例子。超光速是不存在的,光速是最快的局域速度。

虽然子弹不能以光速运动,但从上面的公式可以看出,只要子弹的速度足够趋于光速,它将拥有极为巨大的动能。如果子弹的动能超过地球的引力结合能(2.2×10^32焦耳),子弹可以完全撞毁地球,地球将会消散成为星云,无法再通过引力聚拢在一起,对应的速度为光速的
99.9999999999999999999999999999999992%。如果子弹的速度更加快,就连太阳也能被摧毁。

任何物体,只要其运动速度接近光速,都会蕴藏着极其庞大的能量,至于具体有多庞大,这要看速度有多接近光速了。

如题目所给的例子,一颗质量为十克的子弹,以光速朝地球冲来。这里首先强调一点,除了光子等无静止质量的粒子外,没有任何物体可以达到光速,所以题目需要修改一下,比如光速的99.999999...%。

对于这颗子弹的能量,我们可以用质能方程快速的计算出来,除了总能量之外,我们最为看中的是子弹的动能,因为习惯上我们将子弹视为动能武器,而子弹的动能则是总能量减去子弹静止时的能量,这句话是什么意思呢?

我们来看质能方程E=mc平方,其中m代表物体的质量,质量这一概念在相对论之前是以常量存在的(指物体不发生一些物理化学反应,导致质量变化),然而随着狭义相对论的出现,产生了一种被称为动质量的概念(不过随着相对论的发展,更多的物理学家建议舍去这一概念)。

有了动质量,自然就有静止质量,顾名思义,静止质量就是指物体运动速度为零时的质量。于是在运动与不运动,这两个状态下,物体就拥有了两个不同的总能量,而这两个总能量之差就是物体的动能。

子弹的破坏力就体现在其动能可以释放多少,根据题目的意思,一颗速度极其接近光速的子弹将拥有异常庞大的动能,而在这些动能一旦全部作用于地球,显而易见,地球将会被瞬间摧毁。

期待您的点评和关注哦!

质量为10g的子弹,如果以光速朝地球冲过来,会发生什么?

地球这颗蓝色星球以每小时30千米的速度围绕太阳公转的同时,正被太阳带着每秒220千米的速度穿过银河系猎户座悬臂,于此同时,每天地球都被大量的高能粒子轰击,有亚光速的也有极度接近光速的,更有光速粒子,但地球啥事的都没有,每天大伙都挤地铁上下班,熙熙攘攘,忙忙碌碌......似乎从没听说过啥撞击事件!

撞击地球的都是哪些粒子?

当然有些不能被称为粒子,比如穿过大气层留下一道耀眼光芒的流星,还有在白令海峡和车里雅宾斯克上空凌空爆炸的小行星,这些被称为微行星的天体大都无法到达地面,当然通古斯大爆炸除外,历史上所有触地爆炸的小行星除外哈!我们不讨论这些“大粒子”!除了这些“大粒子”外撞击地球的主要有以下三类粒子:

  • 低速的太阳高能粒子:200-800千米/秒
  • 亚光速的中微子流:低于光速0.0006%
  • 光速的粒子流:伽马射线,光速

每天地球都要遭受这些从低速到亚光速再到光速的粒子流轮番轰击,但地球至少有两个保护体系在起作用,保证将这些有害的射线和粒子挡在门外!

  • 第一道防线是地球的磁场
  • 第二道防线是地球的大气层

磁场会将太阳风中带电高能粒子(主要是氢核和少量氦核)偏转,导向原理地球的方向,当然也会有少部分粒子进入人迹罕至的两极,撞击高层大气原子,将它们激发形成美丽的极光!

大气层则会将漏网之鱼,比如带电粒子撞击大气原子使其发光的极光,还能阻挡有害的伽马射线,使其不能到达地面,当然还有X射线以及部分电磁波!

不过大气层也不是啥都挡住,比如我们必须的光辐射大气几乎就是透明的,得以让阳光普照大地,万物生机勃勃,一个文明世界在宇宙中正在极速发展,很显然,这是多方作用的结果。

为什么光速子弹撞击地球就有事?

上文这些高能粒子的数量无法统计,如果要形容只能以天文数字来形容,比如地球上的每一平方厘米每一秒都有1000亿个中微子穿过,但它质量小,引力对它没啥作用,不发生强作用力,仅仅有弱相互作用,而且极小,所以可以穿过人体甚至地球后扬长而去,而你却什么感觉都没有。

但子弹就不一样了,因为子弹是一个具有实体质量的物体,我们可以从上文中那些撞击地球那些物种中可以看出一些端倪:

低速的太阳高能粒子,主要是氢核和氦核,质量为:1.674×10?2?千克,氦核则是它的2-4倍。

高亚光速的是中微子,它的质量极小,大约为0.12 eV至0.25 eV,相比之下经常被我们忽略计算质量的电子大约是质量最大的τ中微子的3.33万倍!

光速的伽马射线光子,它的静止质量为零!

各种基本粒子的质量

不知各位有没有发现这个规律,速度越高,粒子的质量越小,到了光速这个粒子质量就变成零了,那么问题来了,假如将一颗静止质量为10g的子弹加速到光速撞击地球,后果会如何?

  • 关于光速子弹

很多朋友认为狭义相对论告诉我们存在静止质量的的物体不能加速到光速,因为会存在一个质增效应,这完全正确,但关于这个质增效应可以从洛仑兹变换中推导出来,而这个洛仑兹变换最早却是在1895年洛仑兹为解释1886年迈克尔逊-莫雷的以太漂移实验结果为零而作出的,后来在1899年和1904年完善了它,而这基本就是1905年爱因斯坦的狭义相对论中的洛仑兹变换!

所以有朋友质疑爱因斯坦的狭义相对论是狗屁的时候,大多数意见可能并不是爱因斯坦该倾听的,因为他确实在狭义相对论中纳入了洛仑兹和庞加莱的成就,是不是也得找洛仑兹老爷子和庞加莱大神聊聊?一炷香同时请三个大神,是不是也很划算哈!

所以各位如果相信墨守成规的洛仑兹老爷子的话,那也也应该相信质增效应,根据测算,子弹在低速下质量增加并不明显,但随着速度极度接近光速而指数级增加的,可以用一条曲线来展现它增加幅度!

越接近光速,质量越趋向无穷大,能量也会趋向无穷大

当然并不是说牛顿经典力学是错误的,它只是低速下的近似值,而我们日常中大多数条件都是低速,所以并不觉得牛顿是错的,但在原子尺度下,超过30%光速以上,它的错误会越来越大,最后甚至南辕北辙并非不可能。

所以,一颗无穷质量的物体向地球飞来,这可是不好的消息,比较幸运的是所有人不会经历痛苦过程,因为瞬间的事情,假如中子星靠近地球,那么我们还得打造一艘飞船逃离,而绝大部分都无法上船,所以必须得抽奖,不过种花家运气一直不太好,除非全世界人员都可以上船,但如果差一个不能上船的话那个人就是我!








播放
暂停

进入全屏
退出全屏






00:00
00:00


重播
刷新试试

什么也不会发生,因为动能太大,进入大气层空气摩擦下子弹会烧成渣,都烧没了了还能发生啥就像流星天天都有,那颗速度慢了也没见咋着,所以这个问题问的很没营养,关键吹牛逼的疯子还那么多。

单手接住

在加速过程中烟灭

搞事情!那些不能说的秘密都在这里   关注公众号:ONE知识  

         

  • 我的微信
  • 这是我的微信扫一扫
  • weinxin
  • 我的微信公众号
  • 我的微信公众号扫一扫
  • weinxin
avatar

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: