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一根针什么情况下能击穿地球?

一根针质量足够好,速度足够快就可以击穿地球、击碎地球、击暴地球,如何办到?

前提

1.它必需是特别材料建造当作的针,包管不会被毁坏,布局不变,因为陨石落入大气层城市烧当作渣。

2.其次有足够的能量使它的速度可以足够快,但它无法达到光速。

针达到光速会发生什么?

质量就是能量,能量源于组成物质的粒子间的彼此感化(束厄局促),只要被束厄局促了就无法达到宇宙速度的上限,即光速。

图:一个水分子的拆解

在更小的标准下,质子、中子并非最小的粒子,由更小的根本粒子构成。根本粒子间的彼此感化决议了物质质量与物质不变的三维布局。

例如:质子由3个夸克子构成,而夸克组合所表示出来的质量源于一种叫胶子的粒子,它像胶水一样把它们紧紧“粘住”。在量子力学中称之为强彼此感化,也叫强力。而单个夸克自己也具有质量,源于希格斯玻色子与之彼此感化。

总之宇宙万物的质量都源于粒子间彼此感化发生的能量,而静止质量不为零的粒子源于希格斯机制,但光子、胶子与希格斯玻色子没有感化机制,所以它们的静质量为零。

若是物质想要已光速活动就会离开彼此感化的束厄局促,离开一切机制,终局就是掉去能量,掉去质量,无法维持三维布局,前提必需有摆脱束厄局促的法子,今朝能干出这事的只有黑洞。

除此之外,还必需有无限的能量,或许整个宇宙的能量都不敷,并且散架的针也就不是针了,是以让针达到光速没有意义,而且击穿地球不需要达到光速。

为什么不克不及听牛顿的?

爱因斯坦基于光速不变道理,在《狭义相对论》描述了速度与质量的关系。同样表达了物质不克不及达到光速。从下面曲线与公式中可以得出这个结论。

同时他的质能方程描画了质量与能量的关系,深切到微不雅层面,描述粒子彼此感化发生的能量等于几多质量。最关头的质速关系与质能等价方程能计较出针如何把地球轰当作渣。

牛顿的经典力学在高速范畴中不合用,物理量需要进行高速批改(洛伦兹变换)。

简单诠释:在经典物理中,可以用一个坐标系描画小红追小明的问题,因为她俩带的手表走的一样快,是以时候坐标轴是一致的。

这源于牛顿绝对时空不雅,即空间、时候是彼此自力的,并且时候与空间都是绝对的。19宿世纪光速不变的发现,让爱因斯坦发现绝对时空存在无法诠释的一系列问题,于是在1905年颁发了《狭义相对论》对物理的根基概念进行鼎新。

此中,时候与空间是不克不及自力存在的。若是小明开着极速飞船,那么它们需要两个自力的坐标系才可以计较,因为高速活动或在强引力场中城市使时候呈现膨胀效应,也就是说时候轴纷歧样了。小红和小明都需要用各自的时候坐标与空间坐标进行暗示。可以简单理解为,各自处于分歧的时空之中。再直白点就是他们表走的速度纷歧样,时候也分歧步了。那么两个坐标系如何计较呢?

我们需要对两个坐标系中的物理量进行变换,简单来说就是先设定不雅察者是谁,好比说小明,小红在本身的时空中高速活动,那么就需要把小红在那个时空中的质量、时候、速度等物理量变换到小明的时空中进行计较,变换的系数与速度有关,就是下面这个,物理学中叫洛伦兹因子,一般环境下叫做批改因子(高速活动的批改),或者变换因子比力好理解。

计较与成果

理解了这些,小针撞地球的问题就当作了加减法问题,即针高速活动所具有的能量(E)减去自身具有的能量(E0)就是针具有的动能(Ek=△E),动能若是大于地球的连系能,那么地球就会散架。

地球上的您作为不雅察者,望着一根针标的目的地球冲来,我们需要对针的质量进行乘以批改因子进行变换求出相对证量m。

然儿女入动能公式Ek中,就会获得以下方程:

从中可以看出,针动能的大小取决于变换因子,而变换因子的大小又取决于针的活动速度:

从曲线中可以看到针的速度无法达到光速,但跟着它无限接近光速,因子就会无限大,换句话说针具有无限大的动能,无限到击碎一切。

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