如果10 kg重的鐵球以光速撞擊地球,地球不僅僅只是被撞穿的問題,而是被完全撞毀。這是因為以光速運動的鐵球具有無窮大的動能,一個小小的地球怎能抵擋得住。事實上,任何具有靜止質(zhì)量的物體以光速撞向地球,都會導(dǎo)致地球毀滅。根據(jù)狹義相對論,物體的質(zhì)量會隨著運動速度的增加而增加,它們之間的關(guān)系如下:
其中M是運動質(zhì)量,m是靜止質(zhì)量,v是速度,c是光速。
這個公式告訴我們,物體的運動速度無限趨于光速時,它的質(zhì)量將會變?yōu)闊o窮大。再根據(jù)狹義相對論的動能公式:
E=Mc^2-mc^2
從上式中可以看到,無限接近光速運動的物體具有無限大的動能。因此,以光速運動的鐵球具有毀滅性的能量,摧毀地球輕而易舉。
不過,在現(xiàn)實中,鐵球是不可能被加速到光速的。這是因為以光速運動的鐵球具有無限大的動能,也就是說需要無限多的能量才能使鐵球的速度達(dá)到光速,這當(dāng)然是不可能的。
雖然鐵球無法達(dá)到光速,但只要速度足夠快,其能量足夠高,那么,鐵球就足以摧毀地球。組成地球的物質(zhì)通過引力作用結(jié)合在一起,這種能量被稱為地球的重力結(jié)合能。如果能夠克服地球的重力結(jié)合能,則地球就能被摧毀。假如地球是一個密度均勻的球體,它的重力結(jié)合能U由如下公式給出:
U=3GM^2/(5r)
其中G是萬有引力常數(shù),M是地球的質(zhì)量,r是地球半徑。
代入數(shù)值,可以算出地球的重力結(jié)合能為2.242×10^32 J。那么,如果這些能量被用于加速10 kg重的鐵球,則鐵球獲得的速度可通過下式計算出來:
E=Mc^2-mc^2=[1/√(1-v^2/c^2)-1]mc^2=2.242×10^32 J
解得v=0.999999999999999999999999999992c。因此,想要摧毀地球,真不是一件容易的事情。
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