每天,大量高能粒子和宇宙射线以亚光速甚至光速撞击地球。然而,地球是安全和健康的,人类在地球上的生存基本上不受影响。如果它是一颗质量为10克的子弹,如果它以光速飞向地球会发生什么?
如果根据牛顿物理学,即使子弹以光速运动,它的质量很低,动能也不高,约为4.5×10 ^ 14焦耳,相当于五颗广岛原子弹爆炸释放的能量当子弹穿过稠密的地球大气层时,它可能会在撞击地面之前完全蒸发掉,这是由于它前面的空气急剧压缩和温度急剧上升。人类已经引爆了相当于2500枚广岛原子弹的氢弹,其结果对地球本身没有任何影响。
单击此处添加图片标题,与自然界的爆炸相比,它甚至更微不足道。目前,已知最大的火山爆发发生在大约2700万年前,当时拉加里塔火山大规模爆发,释放出相当于2400万枚广岛原子弹同时爆炸的能量。
点击此处添加图片说明已知最大的小行星撞击发生在6500万年前,当时希克鲁伯陨石撞击地球,释放的能量相当于50亿颗广岛原子弹同时爆炸。尽管如此,地球上只留下了一些痕迹,而地球本身基本上完好无损。
,然而,爱因斯坦的相对论告诉我们,牛顿的物理学只适用于低速近似使用,而只有相对论可以用于亚光速和光速,所以上述计算结果是错误的。考虑到相对论效应,静止质量物体的动能在接近光速时会急剧增加,因为当速度无限接近光速时,动态质量会变成无穷大,如下图所示:
点击此处添加图片说明文字根据相对论, 亚光速下的动能可以推导为
点击这里添加图片说明文字如果子弹以光速运动,它的运动质量将变为无穷大,动能将变为无穷大。不要说地球,就连整个宇宙都会被这颗能量无限的子弹摧毁。
,然而,这在现实中是不可能的。因为宇宙没有无限的能量将子弹加速到光速,即使是非常小的电子(质量为9.1×10-31千克)也无法加速到光速,质量静止的物体注定无法达到光速。
单击此处添加图片描述文本另一方面,如果一个物体没有静止质量,为了使相对论的动能公式有意义并成为0/0类型的无限极限,这样一个物体的速度只能是光速,而总是以光速传播的光子就是这样一个例子。超光速并不存在,光速是最快的本地速度。
单击此处添加图片说明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快,能以光速运动,它就会有非常大的动能。如果子弹的动能超过地球的引力束缚能(2.2×10 ^ 32焦耳),子弹会完全撞击地球,地球会消散成星云,无法被重力聚集在一起,相应的速度是光速的99%。39990.999999999994如果子弹的速度更快,即使是太阳也能被摧毁。