质量为10g的子弹,如果以光速朝地球冲过来,会发生什么?

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如果1颗质量为10g的子弹真的能加速到光速,那么别说是地球,就连整个太阳系都会被摧毁。但是,根据爱因斯坦狭义相对论,质量为10g的子弹,并不能加速到光速。那具体是咋回事呢?

今天,我们就来聊一聊这个话题。

狭义相对论

我们知道,物理学其实分为经典物理学和现代物理学。其中经典物理学指的就是以牛顿力学和麦克斯韦方程为基础的科学理论。

而现代物理学这是以相对论和量子力学为基础的科学理论。

牛顿力学描述的是宏观低速状态的物体运动情况,而相对论则描述的是引力大,或者速度快(接近于光速)的物体运动情况。

在牛顿力学描述情况其实是相对论在宏观低速下的近似解,也就是说相对论的适用面更广。在相对论的框架下,我们可以得到这样的结果,那就是物体的质量随着运动状态的变化而变化。你可能要疑问了,牛顿力学可不是这么说的。实际上,宏观低速也有质量变化的效应,只是微乎其微,在牛顿时代根本没有办法测到,所以牛顿才会觉得质量是不会随着物体运动状态变化而变化的。

根据相对论,我们计算出,运动物体的质量,下面就是方程。

通过这个方程,我们就可以得到这么一个结果,那就是随着速度越接近于光速,物体的质量就膨胀得十分剧烈。

当物体的速度大概光速的99%时,这个物体的质量就会膨胀到原来7.07倍,10g子弹,就会变成70.7g的子弹;

当物体的速度大概光速的99.9%时,这个物体的质量就会膨胀到原来22.4倍,10g子弹,就会变成224g的子弹;

当物体的速度大概光速的99.99%时,这个物体的质量就会膨胀到原来70.7倍,10g子弹,就会变成707g的子弹;

当物体的速度大概光速的99.999%时,这个物体的质量就会膨胀到原来227倍,10g子弹,就会变成2270g的子弹;

当物体的速度大概光速的99.99999999%时,这个物体的质量就会膨胀到原来70711倍,10g子弹,就会变成707110g的子弹;

所以,你看越是接近于光速,这个质量膨胀的效应就越剧烈,也就是质量越大。而我们要知道的是,当物体质量越大,要给它加速所需要的能量就越大。而当物体要达到光速时,质量就会膨胀到接近于无限大,也就是说,所需要的能量其实就无限大。

因此,我们没有可能把一个有质量的物体加速到光速,因为即使是耗尽宇宙的能量,也只能让它无限接近于光速,而达不到光速。

如果达到了光速

为了能够继续讨论下去,我们假设我们可以让这10g子弹的速度达到光速。那这会咋样呢?

我们可以这么说,它在宇宙中可以横行霸道,指哪打哪,摧毁整个太阳系都不在话下。那为什么会这样呢?

手枪打出的子弹之所以威力巨大,本质上就是因为子弹跑得快,这个速度大概在300~500m/s,快的也有到800多m/s。

而光速飞行的子弹,质量是无限大,其次光速是3*10^8m/s,是普通子弹速度的10^6倍左右,所以,它的能量也是无限大的,破坏力是无法估算的,当它碰撞到一颗天体,这个天体是会被它直接毁灭的。

刘慈欣有一部的科幻小说《三体》当中,就写了这个知识点。他在书中描述了一个比地球文明程度更高的宇宙清洁工,这个清洁工也被称为歌者文明。这个歌者文明后来摧毁了地球,而歌者文明最常用的手段叫做质量点。啥意思呢?

其实说的就是速度极度接近于光速的小体积物体。歌者文明把它扔向一个天体,这个天体就会被摧毁,这里运用到的就是狭义相对论中的质量膨胀效应。

可我们要知道的是,歌者文明使用的质量点还只是接近于光速,而不是光速。因此,当子弹被加速到了光速,它的威力是要远远大于质量点的。

相对论会失效

但如果真的把子弹加速到了光速,客观地说,这就意味着相对论错了。相对论的地基是光速不变原理和相对性原理。通过光速不变原理可以推导出物质、信息、能量传递的极限速度是光速,而带有静止质量的物体是不可能加速到光速的。子弹是有静止质量的,如果真的加速到光速,那说明光速不变原理错了,那相对论也就错了。

但如今看来,这100多年来的各种验证实验已经验证了相对论无比正确。因此,子弹是不可能被加速到光速的。

标签: #10g #子弹 #地球