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如果飞船光速飞行,碰到一粒沙子,飞船会因此报废吗?
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发布时间:2019-02-08加入收藏来源:互联网点击:
那么,问题来了,即使在亚光速状态下,按照运动的相对性,飞船相对于宇宙中的星际尘埃来说运动速度是亚光速,反过来从飞船上看宇宙尘埃相对于飞船的速度也是亚光速,如果飞船在行进的过程中,撞到这样的星际尘埃或者一粒沙子,飞船到底会怎么样?
大家都可能看到过,有的飞机在升降过程中会撞到小鸟,在平均几百米每秒的起降速度下,小鸟就能够将飞机的玻璃窗或者机体撞出明显的损伤。那么飞船在亚光速(以99%光速计)的状态下,一粒沙子(重量为1毫克)相对于飞船的运行速度也为99%光速,那么这粒沙子所拥有的静动能E0=1/2*m0*v^2=4.4*10^10焦耳,而相对论体系下的运动动能E’=1/2*m*v^2=1/2*m0*v^2/(1-(v/c)^2)^(1/2)=2.2*10^12焦耳,相当于约50万吨TNT爆炸所释放的能量,约等于几十颗“小男孩”原子弹同时爆炸产出的破坏力,试想飞船能抵挡得住 吗?即使飞船没有被沙子所摧毁,只是“贯穿”过去,那么对于飞船的稳定运行也将起到严重的影响。
同时,在亚光速飞行的过程中,即使不遇到沙子或者星际尘埃,在高速行进的过程中,飞船的船体表面与稀薄的星际气体之间也会产生强烈的摩擦效应,有可能使船体表面的温度突破5000摄氏度,这个温度也已经超过了地球上所有材料的耐受极限,因此想达到亚光速飞行的目的,从目前来看,不但是燃料效应跟不上、发动机技术跟不上,就连建造材料也满足不了需求。
除非今后科技水平发展到一定程度,可以研制出曲率飞船,这样的话就可以跳过直接驱动船体本身加速的阶段,而是借助于使船体周围空间产生一定程度的弯曲,从而推动飞船在弯曲的空间里自主地移动,这样不但可以解决为飞船本身进行能源供给的问题,而且飞船在与周围空间整体移动时,也避免了与星际尘埃碰撞损坏的威胁。但是,这种曲率飞船目前还只停留在猜想阶段,距离可靠理论的确立和实验的实施相差得何止十万八千里。
回答于 2019-09-11 08:43:50
这个问题比较有意思,但严格来说:第一、在现行的物理框架内人类不可能制造出绝对意义上的光速飞船;第二、宇宙中也不存在沙子,要撞也只能撞上一些细小的陨石或者虚空中的一些粒子,但无论怎么说先假设这种情况存在吧。
第一个问题:现实中决定一艘飞船撞击后是否损毁的因素有哪些?答:速度、质量、体积、材料、撞击部位。
在现行的物理框架内,根据爱因斯坦相对论:“所有有质量的物体都不可能达到光速!”这也就意味着在整个宇宙,不可能有人真正见过两个有质量的物体以光速进行对撞,自然也就没人知道具体的结果,所以大家总是以自己在生活中形成的直觉来对结果进行分析。为了详细的说明问题,首先我们分析一下在现实生活中,决定一艘飞船撞击后是否损毁的因素有哪些。为了方便理解,和其他人一样也以飞机撞鸟进行举例。
一、速度:只有飞机到达一定的速撞鸟才会产生严重后果。
二、被撞击物的质量:被撞击鸟的质量实际也决定了飞机的损毁程度,举一个极端的例子,飞机在大气层中飞行,每时每刻会和一些尘埃进行撞击,但没对飞机产生任何危险。
三、体积:主要指鸟的体积,当飞机达到一定的速度,被撞的鸟的体积也能影响最终结果。
四、材料:飞机自身材料的刚性也是决定条件之一。
五、撞击部位:一般情况下只有飞机的引擎等关键部位撞鸟才会产生严重后果。
在现实生活中,这五个条件相互组合、变化会造成无数种可能,也就是说根本不可能完全肯定这架飞机(或者飞船)能不能撞毁,两种可能各占50%。
第二个问题:现实世界的经验能否套用到光速世界?光速世界有什么特殊性?答:现实世界的经验肯定不能套用到光速世界,因为在光速的世界里低速世界的很多物理法则将发生根本性的改变。
爱因斯坦在思索相对论的时候,以光速为基础将世界分为“低速和高速”两个不同的世界。在他的相对论中,在光速的世界,低速世界很多的物理法则将发生改变,有的甚至完全逆转。具体到问题本身主要反映在两个方面:
一、有质量的物体达到光速质量无穷大:这也就意味着这艘光速飞船无论撞上一粒多么细小的沙子,只要不是极微观的粒子级别,都会造成无穷的能量爆发。单从这个角度理解,这艘飞船只有完全报废这一种可能,甚至连渣也不会剩下。
现代强子对撞试验已经证实,一个物体那怕是接近光速也会引起巨大的能量爆发,无坚不摧,连最坚硬的原子核也会直接击碎。前几年,欧洲科学家们曾将一些特殊粒子加速至光速的99%以上,已经极端的接近光速。在这种情况下,有的科学家甚至包括霍金,都一度担心会撞出黑洞,或者毁灭世界。但庆幸的是这种情况并未发生,其原因就在于这些微观粒子的质量实在太小了。
二、在光速的世界里没有时间:这是最反常识的地方,这也意味着这艘飞船所有基于物理、化学的变化,一切事件都将停止,已经不可能有任何东西对它造成任何伤害。
在爱因斯坦的理论中“时空”是一个整体,一个物体在空间中的移动会对它的时间造成影响,当这个物体完全的达到光速,这个物体的时间就会停止。这和牛顿的经典时空概念以及大众的常识完全的不同。
第三个问题:光速飞船,宇宙飞行中碰到一粒沙子,会不会报废?答:这艘飞船不会有任何损失!
虽然单独分析光速世界的两个特性得出了两个相反的结果,但统一来看并不矛盾。首先站在上帝视角,不管这艘飞船时间有没有停止,但撞上了沙子已经发生,沙子不是光速,所以仍然会引起超级的能量爆发,只是这个能量爆发不是来自于光速飞船,而是沙子。其次对飞船而言可看做什么也没有发生,光速飞船的每一个分子不会发生任何改变,因为对它们来说时间已经完全停止,即使是爆炸也是脱离光速之后的事情。但又因为有质量的物体达到光速之后质量会变得无穷大,也就意味着这艘飞船永远也停不下来。
所以按照上帝视角,以低速世界的常识来看,是光速飞船撞碎了沙子,沙子发生了大爆炸,爆发出了巨大的能量,光速飞船毫发无伤。
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