一根针接近光速的力量有多大，能穿透地球吗，达到光速会怎样？
人民资讯2021-05-24 14:44
最近有人问：一根针光速撞击地球会怎样？网络上常常充斥着此类问题。
如果我告诉你，一根针如果达到光速，穿越地球就会像绣花针穿越绣布一样的来去自如，可以把地球弄个千疮百孔，你会相信吗？这或许也是许多人想象的答案，可惜这只能是戏言，不能当真，因为这种事情永远也不会发生。
达到光速不行，接近光速理论上是可行的。那么我们今天就来精确描述一下当一根针接近光速时会有多大力量，各位如有兴趣，就请耐心看完。
速度的天花板。
光速是我们认知世界的最高速度，只有光子这种没有静质量的物体才可以达到，凡有静质量的物体都无法达到。这个宇宙规律是爱因斯坦在100年前就发现的。一开始许多科学家也有质疑，但经过了100多年的观测、实验和试验，没有人打破这个魔咒。
以后会不会打破，不知道，但至少这个速度天花板现在已经得到科学界公认了。光速极限和光速不变的理论成为现代所有科学理论的基础，光速是许多物理定理和公式里的一个常数，如果光速理论发生改变，整个物理理论包括量子力学都要推倒重来，而且基于现代科学建立起的整个人类文明大厦也都会倾倒。
光速常数为：c=299792458m/s（米/秒）
这根针不能达到光速的理论很简单，就叫质增效应。这是相对论力学中的一个概念，又叫质速关系，这个理论认为，物体的惯性质量分为静质量和相对论质量（也可称为动质量），物体在运动时会有质增效应，这是相对论效应之一。
质速关系
在质速关系理论中，光子没有静质量，却有动质量，因此，才会产生光压。自然界，除了光子没有静质量，以光速运行的物质，还有传播引力波的媒介引力子。引力子没有静质量，所以引力波也是光速。但引力子还是一种猜想，没有得到证实。
除此之外，还没有发现任何物质没有静质量，曾有人认为中微子没有静质量，运动速度也是光速，后来的研究认为中微子静质量大于零，速度只是接近光速。
那么根据质速关系，有静质量的物体达到光速会怎样呢？结论是会导致质能无限大。什么是无限大呢？就是说宇宙也是有限的，任何物质达到光速，包括一个质子动质量都会变得无限大，大于宇宙总质能。因此有静质量物体达到光速本身就是一个悖论，也就是说如果真有这样的事情发生，宇宙就会毁灭。
相对论认为，物质运动质量遵循质速关系，其计算公式为：M=m/√[1-（v/c）^2]。这里的M表示物质的运动质量，m为物质的静质量，v为物体运动速度，c为光速。
质增效应
根据相对论质增效应，任何有静质量的物体都无法达到光速，只能无限接近光速。科学家们在大型加速器里用巨大能量加速质子束，当质子束功率达到70000亿电子伏特时，速度达到光速的99.9999991%，这是目前人工创造出有静质量物体速度世界纪录。
质子有多少质量？只有1.6749286*10^-27kg，也就是约1675亿亿亿分之一公斤，一根针尖上可以排列30万亿亿个质子。当质子达到这么快速度和这么大能量时，其力量相当一只蚊子煽动翅膀。想想30万亿亿只蚊子煽动翅膀是什么力量？而且这还只是光速的99.9999991%。
根据质速关系公式计算出的质增效应大致为，当物体运动速度达到光速的0.9999倍时，物体动质量可达静质量的70倍，当达到0.99999999倍时，也就是约前面说的大型强子对撞机中质子速度，动质量就是静质量的7071倍。以后每在后面再拖上两个9，动质量就增加一个数量级，也就是10倍。
当一根针接近光速，其动质量有多大呢？
我们可以根据质速关系公式来计算一下。一根普通缝衣针约0.15g，代入公式当达到0.99999999倍光速时，动质量增加7071倍，这样这根针的动质量已经超过1kg。这个质量看起来还很小，因此在这种速度撞击下，地球似乎什么也不会发生，顶多在某个地方打出一个小洞。
但撞击能量不是这么计算的，应该适用撞击能量公式，表达为：E=1/2mv^2。这里E表示撞击能量，m表示撞击物体质量，v表述速度。
根据这个公式，我们可以计算出这根针撞击地球表面的能量约达到13.5万亿焦耳，约相当3222吨炸药的爆炸威力。也就是说这根针以接近光速打击地球时，地球将承受一次巨大冲击，如果打击在人口稠密地区，可以毁掉一座小城镇。
这种假想必须排除掉这根针穿越大气时的阻力，否则在大气中就引爆了，爆炸威力也很可观。
有人可能认为，也不过如此。但实际上，这根针只是接近光速，远远没有达到光速。随着速度不断接近光速，其动质能呈指数级增加。根据小数点后每加两个9，动质量就增加10倍，加100个9会怎样？
也就是在原来质量基础上增加了50个数量级，这样这根已经达到1kg动量的针，其动量就会达到1*10^49kg了，就达到了亿亿亿亿亿吨级了。地球质量才有60万亿亿吨，整个太阳系质量才约2000亿亿亿吨，这根针的动量已经是太阳系的5000亿亿倍了。
这时候，这根针不但要摧毁地球和太阳系了，就连银河系、本星系群、本超星系团也无法幸免。因为银河系总质量也只有2000亿倍太阳，本星系群总质量也只有约 65万亿太阳质量，本超星系团总质量也只有1亿亿个太阳质量。
这样，现在发现的宇宙顶级杀手~伽马射线暴，在这根针面前就完全不值一提了。
这根针速度无限接近光速，动量就趋于无限大。
即便摧毁了本超星系群，这根针的速度依然没有达到光速，还可以无限提升阿其速度，后面还可以一直无限加上9，即便加上1000个9，也还是无限接近光速，并没有达到光速，这就是无限接近光速的意义。
随着无限接近光速，这根针的动质量就会趋于无限大，然后就会超过宇宙的总质量，也就超过了宇宙大爆炸的奇点力量。
而且要催动这根针达到越来越快的速度，所耗费的能量也将也来越大，趋于无限接近光速，所耗费的能量也将趋于无限大，最终所需能量将超过宇宙能量总和，因此这只能是个悖论。
这就是一根针以光速撞击地球的事情不可能发生的原因。可能有人会说，这都是瞎说，是老爱自说自话，科学界胡乱跟风而已。但有这种想法的人只要稍微谦虚一点，稍微学习了解一下，就知道这个理论早就不是只停留在理论上了，而是早就在无数实验和观测中被证实了。
宇宙高能射线的速度速度越快，能量越高动量越大，其质增效应严谨符合相对论质速关系公式；在大型强子对撞机中，也严格检验了质增效应；在所有的航空航天活动中，都必须遵循相对论质速关系原则，才能取得成功。
现在大家知道了吧，什么一粒沙子、一个鸡蛋、一根针以光速打击地球会怎样的想法，都是荒谬的，不符合相对论原理的，也是不会在我们世界出现的。而且从上面计算中大家已经看到了，一根针无须达到光速，只要在非常接近光速的情况下，就可以毁灭地球和太阳系。
刘慈欣的科幻小说《三体》中描绘宇宙高级文明，用光粒子武器摧毁了三体文明，大致就是依据的这个理论吧。好了，就说这些，如喜欢我的文章，就请给个关注和点赞吧。谢谢阅读，欢迎讨论。
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来源: 原创
本文来源：科普中国
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