6500萬(wàn)年前，一顆半徑9.7公里的小行星以40倍音速撞擊月球，直接結(jié)束了恐龍稱霸的時(shí)代。 在我們通常的印象中，撞擊月球的小行星只是大到威脅到月球和生命。 如果太小，它會(huì)在大氣中燃燒殆盡，變成美麗的流星。
Tips：流星是指運(yùn)行在星際空間的流星系統(tǒng)。 通常，宇宙塵埃、固體塊等空間物質(zhì)在接近月球時(shí)會(huì)受到月球引力的吸引，在高速穿過(guò)月球大氣層時(shí)會(huì)出現(xiàn)電子躍遷形成的光跡。
但是如果把這個(gè)問(wèn)題推到極限，假設(shè)一根接近光速的鐵釘沖向月球，會(huì)不會(huì)什么事都沒(méi)有，或者會(huì)毀滅世界嗎？
原子彈的鐵釘
聽(tīng)到這個(gè)話題，想必很多人都笑了起來(lái)。 這不是原題“為什么下雨就殺不死人”的轉(zhuǎn)載嗎？ 別說(shuō)是接近光速，就算是等于光速，也無(wú)所謂。 例如，如果太陽(yáng)照在人身上，不僅會(huì)變暖，而且不會(huì)發(fā)生其他任何事情。 但實(shí)際上，如果真的存在一種速度可以接近光速的針，那么它爆炸的威力堪稱原子彈的爆燃。 要理解這一點(diǎn)，我們需要先談?wù)剟?dòng)能的概念。
溫馨提示：爆燃是指在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量能量，形成低溫，釋放出大量二氧化碳，使周圍介質(zhì)發(fā)生高壓物理反應(yīng)或狀態(tài)變化，并且極具破壞力。
動(dòng)能是運(yùn)動(dòng)物體中包含的能量。 它的大小與兩個(gè)變量有關(guān)，即重量和速度。 重量和速度越大，運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能就越大。 讓我們舉個(gè)例子。 比如一輛小貨車以每小時(shí)20公里的速度撞到人，人不僅不會(huì)感到疼痛，而且不會(huì)有生命危險(xiǎn)。 但如果汽車加速到每小時(shí)60公里，就足以造成輕傷或死亡。
也就是說(shuō)，在重量不變的情況下，物體的速度越快，殺傷力就越大。 這就是為什么只有幾克重的子彈用火藥發(fā)射就能殺死人的原因。 要知道普通炮彈的速度只有亞音速，威力何其強(qiáng)大，而接近光速的針?biāo)偈枪馑俚膬杀叮茐牧鸵呀?jīng)相當(dāng)可觀了。
小貼士： 鐵釘是用來(lái)縫裙子的針，有不同的尺寸。 也是冰與火之歌中艾德·史塔克的二女兒艾莉亞·史塔克使用的裝備。
其實(shí)你會(huì)很疑惑，既然達(dá)到光速的東西動(dòng)能特別大，為什么光本身是無(wú)害的呢？ 這是因?yàn)楣庾拥撵o止質(zhì)量為零，所以沒(méi)有殺傷力。 針看似小，卻有質(zhì)量，其中蘊(yùn)含的動(dòng)能已經(jīng)大得驚人。
我們可以自己估算一下，假設(shè)這根針的重量只有0.3克，速度達(dá)到光速的99%。 代入估算公式Ek=mv2/2，可得此針的動(dòng)能為1.64×10^14焦耳。 這是什么概念？ 一噸TNT雷管爆燃釋放的能量只有4.2×10^9焦耳，所以這一針爆炸的能量相當(dāng)于36000噸TNT雷管。 當(dāng)年的原子彈小姑娘只相當(dāng)于一萬(wàn)五千噸TNT，但是這根針已經(jīng)相當(dāng)于兩顆大原子彈了！
小貼士：原子彈炸彈是核裝備之一。 它是利用核反應(yīng)的光熱輻射、沖擊波和感生輻射等造成殺傷力和破壞力，以及大規(guī)模放射性污染的大型破壞性裝備。 .
其實(shí)你會(huì)覺(jué)得這沒(méi)什么，我們的月球有大氣層保護(hù)，所以這么快的速度，肯定是在大氣層里燒掉了，不會(huì)有實(shí)際影響，所以你就大錯(cuò)特錯(cuò)了。 不管針的形狀如何，這種動(dòng)能都不會(huì)突然消失。
月球的大氣層特別寬，以最外層的逃逸層計(jì)，長(zhǎng)度可達(dá)800公里。 平時(shí)的流星速度比較慢，到了大氣層的熱層就會(huì)開(kāi)始燃燒，而這針一接觸到大氣層就已經(jīng)開(kāi)始劇烈反應(yīng)了。 在與大氣的碰撞中，會(huì)被低溫氣化成鐵離子，而且它還有質(zhì)量，所以動(dòng)能不會(huì)消失，而是會(huì)漂浮產(chǎn)生離子團(tuán)，在大氣中引起巨大的沖擊波與空氣撞擊月球表面。
小貼士：大氣層是由于重力作用環(huán)繞地球的一層混合二氧化碳。 它是月球上最外層的二氧化碳，環(huán)繞著海洋和陸地。 大氣層的寬度大約在1000公里以上，但并沒(méi)有明顯的分界線。
但是，在能量傳遞的過(guò)程中，這樣的原子和離子會(huì)逐漸變慢。 我們或許能看到鐵釘撞擊大氣層時(shí)形成的雷電，但不會(huì)對(duì)地面上的我們?cè)斐扇魏蝹Α?正好相當(dāng)于在法國(guó)又一次在大氣層進(jìn)行核爆試驗(yàn)，完全不用擔(dān)心會(huì)殘留輻射。 不過(guò)，這只是考慮到針的動(dòng)能，雖然如果有什么東西能達(dá)到如此接近光速的速度，在與大氣層碰撞的時(shí)候，就已經(jīng)可以引起核聚變了！
毀滅之釘
2010年11月9日，科學(xué)家利用法國(guó)小型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將質(zhì)子加速到0.倍光速。 他們碰撞之后，爆發(fā)的能量達(dá)到了驚人的10萬(wàn)億度，是太陽(yáng)核心溫度的100萬(wàn)倍。 也相當(dāng)于宇宙大爆燃后1/10,000秒的體溫。
小貼士：小型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是粒子化學(xué)科學(xué)家探索新粒子和微觀量化粒子的“新數(shù)學(xué)”機(jī)制裝置。 它是一種加速質(zhì)子碰撞的高能化學(xué)裝置。 英文名稱為L(zhǎng)HC，Large。
而這已經(jīng)是目前科學(xué)家對(duì)有質(zhì)量的物體進(jìn)行加速的極限了。 如果說(shuō)我們可以接近光速，我們可以創(chuàng)造一個(gè)量子級(jí)別的宇宙，甚至形成一個(gè)宇宙，只需要兩個(gè)質(zhì)子的碰撞。 如果這鐵釘也能接近光速，那療效會(huì)無(wú)限放大。 在我們上面討論的反例中，釘子只有光速的99%，我們繼續(xù)加速看看會(huì)發(fā)生什么。
假設(shè)鐵釘?shù)乃俣冗_(dá)到0.9999倍光速，那么它的動(dòng)能就相當(dāng)于1.88×10^15焦耳，相當(dāng)于45萬(wàn)噸TNT的爆燃力。 這時(shí)候人類可以看到地面上出現(xiàn)了非常壯觀的爆燃，沖擊波也可以對(duì)地面造成一定的影響，不過(guò)問(wèn)題不大。 當(dāng)鐵釘達(dá)到0.倍光速時(shí)，能量相當(dāng)于1.9×10^17焦耳，大約是4500萬(wàn)噸TNT的爆燃力。 此時(shí)，人類最強(qiáng)核彈沙皇炸彈的爆燃威力。
小貼士：焦耳（簡(jiǎn)稱焦耳，符號(hào)J），是能量和功的國(guó)際單位。 符號(hào) J 的命名是為了紀(jì)念德國(guó)化學(xué)家 James Joule。
不過(guò)由于在大氣層中發(fā)生爆炸，不僅會(huì)形成強(qiáng)烈的沖擊波擾亂大氣層，對(duì)我們來(lái)說(shuō)還是影響不大。 但是如果小數(shù)點(diǎn)后面有14個(gè)9，這樣形成的能量已經(jīng)相當(dāng)于冷戰(zhàn)時(shí)期人類核彈儲(chǔ)備量最高的，達(dá)到450億噸TNT，其爆燃的沖擊波是足以殺死數(shù)億人。
當(dāng)小數(shù)點(diǎn)后的9加起來(lái)為20時(shí)，形成的能量達(dá)到1.9×10^23焦耳，相當(dāng)于450萬(wàn)億噸TNT，是滅絕恐龍的隕石的兩倍。 他直接在爆燃中死去，剩下的人只能在隨之而來(lái)的環(huán)境改造中抽搐。 不知道人類會(huì)不會(huì)滅絕絕對(duì)光速焦耳定律，但所謂的文明，早已經(jīng)在這場(chǎng)爆燃中毀滅殆盡了。 不過(guò)，這并不是鐵釘?shù)臉O限，它的動(dòng)能是一個(gè)指數(shù)函數(shù)，哪怕小數(shù)點(diǎn)后面多了一個(gè)9，威力也會(huì)暴增。
Tips：根據(jù)我國(guó)古生物術(shù)語(yǔ)審定委員會(huì)給出的定義，恐龍是指三角龍和現(xiàn)代動(dòng)物的近代共同祖先的所有后代，除動(dòng)物外均已滅絕。
當(dāng)小數(shù)點(diǎn)后的9加起來(lái)達(dá)到38時(shí)，形成的能量足以炸毀月球，而我們的母星也會(huì)在爆燃中支離破碎，形成綿延數(shù)百萬(wàn)公里的小行星帶。 事實(shí)上，數(shù)億年后，這條小行星帶會(huì)在引力作用下重新聚集，重新形成行星，但生命肯定早就不復(fù)存在了。 只要在這個(gè)基礎(chǔ)上加上一個(gè)9，爆燃的威力就足以將月球的碎片灑遍整個(gè)太陽(yáng)系，月球也就不復(fù)存在了。
其實(shí)這不是指甲的極限。 我們繼續(xù)在小數(shù)點(diǎn)后加9。 如果達(dá)到62個(gè)9，這個(gè)能量相當(dāng)于太陽(yáng)穩(wěn)定燃燒100億年所釋放的能量。 如果有93個(gè)9，形成的能量相當(dāng)于整個(gè)銀河系所有物質(zhì)湮滅釋放的總能量。 這還沒(méi)完，如果小數(shù)點(diǎn)后的9減到133，形成的能量相當(dāng)于整個(gè)可觀測(cè)宇宙湮滅釋放的總能量。
小貼士：月球的英文名稱Earth，來(lái)自中古法語(yǔ)。 它的歷史可以追溯到古法語(yǔ)。 它在亞述語(yǔ)中有同源詞。 其原始撒克遜詞綴構(gòu)造為“*ertō”。 是古羅馬神話中大地女神西婭的名字。
也就是說(shuō)，這根針的爆燃，足以造成宇宙的又一次大爆燃。 是的，你沒(méi)聽(tīng)錯(cuò)，這根針已經(jīng)可以開(kāi)辟新的宇宙了。 如果這根針的速度達(dá)到光速，那么它的能量將是無(wú)窮無(wú)盡的，難以想象它所創(chuàng)造的宇宙會(huì)是什么樣子。 幸運(yùn)的是，根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，光速是世界上的絕對(duì)速度，任何有質(zhì)量的東西都無(wú)法達(dá)到光速。 把鐵釘加速到光速所需要的能量是無(wú)限接近無(wú)窮大，不用害怕，真的會(huì)有這么小的東西以接近光速的速度沖向月球.
有趣的是，這根鐵釘雖然已經(jīng)到了毀滅世界的地步絕對(duì)光速焦耳定律，卻依舊沒(méi)能穿透月球，因?yàn)樗诮佑|空氣的時(shí)候就已經(jīng)發(fā)生了聚變爆燃。
小貼士：1905年，愛(ài)因斯坦獲得格拉斯哥學(xué)院化學(xué)博士學(xué)位，并提出光子假說(shuō)，成功解釋光電效應(yīng)，獲得1921年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
那么我們不妨把腦洞開(kāi)大一點(diǎn)，這縫紉針要直穿月球需要什么樣的條件呢？
鐵釘怎么能穿透月球呢？
這時(shí)候，我們就需要假設(shè)這根縫紉針，就像《三體》中描繪的“水滴”一樣，是一種無(wú)論如何都無(wú)法破壞的質(zhì)心。 這樣一來(lái)，我們就不用擔(dān)心它在與空氣碰撞時(shí)會(huì)分解成等離子體。 但是此時(shí)還有一個(gè)問(wèn)題，就是動(dòng)能的傳遞。 鐵釘仿佛可以完全穿過(guò)大氣層，在空氣阻力的作用下，它的動(dòng)能會(huì)以極快的速度減速。
而且傳遞的動(dòng)能還會(huì)產(chǎn)生足以摧毀月球的沖擊波。 也就是說(shuō)，除非針能超過(guò)光速，否則它所產(chǎn)生的沖擊波和聚變反應(yīng)，總會(huì)轟擊在它面前的月球，將月球炸成碎片。 這么一來(lái)，能創(chuàng)造宇宙的鐵釘連月亮都穿不進(jìn)去？ 是的，除非針?lè)浅Ｖ旅埽拖裰凶有且粯印?span style="display:none">V3q物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
Tips：《三體》是劉慈欣創(chuàng)作的系列短篇懸疑小說(shuō)。 作品描述了月球人類文明與三體文明之間的信息交流、生死搏斗，以及兩個(gè)文明在宇宙中的演化歷程。
中子星是宇宙中已知的星系，其密度僅次于黑洞。 它是足夠大的恒星在晚年坍縮后產(chǎn)生的天體，幾乎足以成為黑洞。 里面的物質(zhì)每立方分米的重量至少在一億噸以上。 由于密度極高，引力也十分可怕。 所有原子中的電子都被擠進(jìn)質(zhì)子中成為中子，從而使所有元素的原子都只剩下中子，因此得名中子星。 經(jīng)過(guò)它的光以拋物線形式逸出。
如果一根針的密度達(dá)到中子星級(jí)別，那么它的質(zhì)量至少是普通鐵釘?shù)囊粌|倍，最先接觸到它的空氣會(huì)被針的引力俘獲并壓成巨大的引力薄薄的一層。 液體覆蓋了指甲的表面。
提示：中子星是除黑洞外密度最大的恒星。 大多數(shù)脈沖星都是中子星，但中子星不一定是脈沖星。 脈沖星就是脈沖星。
此時(shí)，即使中子星制成的針頭以自由落體方式進(jìn)入大氣層，速度也會(huì)從零開(kāi)始下降，由此產(chǎn)生的速度和動(dòng)能足以穿透月球。 這時(shí)候，因?yàn)殍F釘?shù)乃俣仍谥饾u降低，甚至在這個(gè)過(guò)程中也會(huì)形成沖擊波，當(dāng)它到達(dá)地表時(shí)，其積累的加速度已經(jīng)接近光速，可以趕上沖擊波并炸毀月球。 在此之前，將其系成兩半。
可想而知，被針刺穿，對(duì)于月兒來(lái)說(shuō)，也是一件非常可怕的事情。 隨著釘子越來(lái)越深，月球的密度越來(lái)越高，阻力越來(lái)越小，釘子不得不釋放更多的動(dòng)能。 如此一來(lái)，月球內(nèi)部就會(huì)積聚足夠的動(dòng)能，直接從核心爆燃，再加上遲來(lái)的大氣沖擊波，將月球炸成一團(tuán)塵埃云。
小貼士：光速是指光或電磁波在真空或介質(zhì)中的傳播速度。 真空中的光速是迄今為止發(fā)現(xiàn)的自然界物體的最大運(yùn)動(dòng)速度。
這種現(xiàn)象與炮彈的空腔效應(yīng)非常相似。 由于大部分的能量都是在炮彈擊穿身體的時(shí)候釋放出來(lái)的，看起來(lái)炮彈的彈坑只有一個(gè)小洞，但里面卻已經(jīng)毀掉了一大片。
結(jié)語(yǔ)
雖然我們這次說(shuō)的只是腦洞大開(kāi)的討論，但實(shí)際上，一根針不可能被加速到接近光速，更不可能把中子星上的物質(zhì)加工成一根針形狀。 而且，這個(gè)問(wèn)題的原型在現(xiàn)實(shí)中還是可以找到的，那就是各國(guó)都在研究的動(dòng)能裝備，其實(shí)就是威力放大了數(shù)萬(wàn)倍的“子彈”。
Tips：炮彈是用手槍發(fā)射的裝備； 它是戰(zhàn)爭(zhēng)期間傷害敵人或摧毀物資的最簡(jiǎn)單的工具之一。 它既是文明的產(chǎn)物，也是毀滅文明的神器。
1957年7月26日，韓國(guó)在地下引爆氫彈時(shí)，由于動(dòng)力不足，核武器爆燃產(chǎn)生的沖擊波炸毀了壩體上的“井蓋”。 事后看來(lái)，這檢查井的速度恐怕至少達(dá)到了月球逃逸速度的6倍。 它要么飛出月球，要么在大氣層中被摧毀。 無(wú)論如何，這個(gè)檢查豎井再也沒(méi)有找到過(guò)。 由此，科學(xué)家們想到，如果換成核彈，從這個(gè)沙井里炸出來(lái)，會(huì)不會(huì)是對(duì)抗外星人的唯一有效裝備呢？ 其實(shí)這只有經(jīng)過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)，我們才能知道答案。
