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一粒沙子能够撞穿地球吗?

时间:2024-03-17 00:02 来源:网络整理 转载:我的网站
一粒沙子能够撞穿地球吗?

在中学物理中,一个物体所具有的动能由如下的公式确定:

Ek=1/2mv^2

可以看到,即便沙子以光速运动,其动能也是很有限的,撞穿地球那是不可能的。

但狭义相对论表明,沙子的速度达不到光速,因为沙子的静止质量不为零。虽然沙子不能以光速运动,但只要沙子的速度足够接近光速,它其实是可以撞穿地球的。根据狭义相对论,动能公式的形式如下:

可以看到,但凡静止质量不为零的物体,只要速度无限趋向于光速,其动能将会趋向于无穷大。如果要把地球撞穿,只要让物体的动能大于地球的引力结合能即可。地球的引力结合能是有限的,数量级为10^32(单位焦耳)。因此,只要沙子被加速到接近光速的某一程度时,它的动能将会大到足以把地球撞穿,甚至可以把整个地球完全撞毁。

另外,有人可能会问动能公式到底要用哪个?为什么两个公式差异这么大呢?

经典物理学的动能公式只能用在低速的情况,而相对论动能公式既能在低速下使用,也能在亚光速下使用。

虽然两个公式看似完全没有联系,但通过对相对论动能公式进行泰勒展开,当速度远低于光速时,这个公式就会退化成经典物理学的动能公式,这也是为什么这个公式只能在低速下使用。而在速度接近光速的情况下,就不能再使用近似公式,而只能使用相对论动能公式。