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第五次生物大灭绝
我们所在的太阳系中目前已知的行星一共有8颗。离太阳最近的是水星,然后依次是金星、地球、火星,这4颗行星属于岩石行星;在往外则是气态行星,分别是木星,土星,天王星,海王星。
其中木星是这8颗行星中最大的,在木星和火星之间还有小行星带,其中遍布着许多小行星。由于木星的存在,它依靠着自己的引力牵引着这些小行星,以至于这些小行星不会轻易地冲进太阳系内圈来。
但是木星也偶尔会失手,这时候小行星就有可能撞击内圈的岩石行星。在距今6500万年前,木星就失手了,一颗直径为10公里的小行星进入到太阳系的内圈,并且一头撞上了地球,引发了第五次物种大灭绝。大部分的恐龙在随后的100~200万年内逐渐消失,只有少数演化成了如今的鸟类。
一颗直径10公里的小行星就足以撼动统治地球上亿的恐龙,我们知道根据爱因斯坦相对论中推论,光速是物质、信息、能量的极限速度,如果一根针以无限接近于光速的速度冲击地球,那地球上会被摧毁吗?
地球会被“光速针”摧毁吗?在著名的科幻小说《三体》中,三体星人就曾经利用“水滴”,纯粹利用“野蛮冲撞”的形式就摧毁了大量的星际战舰,而水滴实际上能够做到这一点的主要原因是: 密度足够大 。针重量很轻,甚至不到1克,密度也不大,因此,针如果以很低的速度撞击地球,根本不会对地球有什么影响。
但是,还是在这本科幻小说中,三体星人的家园三体星系后来这是被歌者文明所毁灭,歌者文明用到的是: 光粒 。也就是说接近于光速的粒子,就摧毁了一整个星系。
虽然《三体》是科幻小说,但这里其实是有依据的。
我们日常生活的世界属于宏观低速的世界,在这个尺度下,我们运用牛顿力学就可以很好地描述这个世界。不过,到了20世纪初,物理学上空出现了两朵乌云,这两朵乌云让我们知道,在速度快,引力大的大尺度下,牛顿力学的误差会大到离谱;同样的,在微观的亚原子级尺度,牛顿力学也会出现很大的误差。
于是,这两朵乌云就催生了现代物理学的两大支柱,分别是相对论和量子力学。量子力学可以解释微观世界的物理学规律,而相对论则可以解释速度快,引力大的大尺度问题。
那么什么算是速度够快呢?答案是:处于亚光速或者接近于光速,并且越接近于光速,相对论的效应越是明显。根据狭义相对论,我们可以计算出一根针接近光速时所对应的动能量。
根据公式,我们就会发现,当速度越接近于光速,分母就越接近于零,那么这根针的动能就越大,当达到光速时,动能就会处于无限大。也就是说,如果一颗针真的能够达到光速,那么它撞击地球后,因为能量太大,肯定会把地球给摧毁。
根据相对论,我们知道,只有静止质量为0,才有可能达到光速,比如:光子就是静止质量为0。由于针是具有静止质量的,因为它无法达到光速,但它可以无限接近于光速,这也就意味着它的动能可以趋近于无限大。地球的引力结合能是:E=2.25*10^(32)(J),这里的引力结合能指的是把地球掰开,并且确保地球不会再依靠引力聚合起来所需要的能量。
如果我们带入到上面的方程进行计算,设定一颗针的重量为0.3克,我们就得到:当针可以达到光速的99.99999………………(大概是32个9)%。
也就是说,当这根针达到99.9999………………(大概是32个9)%时,它迎头撞上地球,地球就会被这根针所摧毁。这根针就如同上文提到的《三体》中歌者文明手中的“光粒”一样。
总结根据相对论,一根针是具有静止质量的,因此它无法以光速撞击地球。但是当它无限接近于光速时,达到光速的99.99999………………(大概是32个9)%,它的动能就超过了地球的引力结合能,这个时候这根针完全可以摧毁地球。
在过去45亿年里,地球不断遭受了大大小小的太空岩石的撞击。最近一次严重的小行星撞击地球事件发生在6500万年前,当时一颗直径至少10公里的小行星(希克苏鲁伯陨石)以大约20公里/秒的速度撞击了地球,由此引发了物种大规模灭绝。然而,地球本身却没有什么事情。
如果是一根针以光速击中地球会有什么后果呢?
根据经典物理学的动能公式:
Ek=1/2mv^2
一根以光速运动的针所具有的动能并不大,因为针的质量非常小,大概只有0.2克,其动能大约为9 10^12焦耳。相比之下,虽然希克苏鲁伯陨石的速度远低于光速,但它的质量非常大,达到了10^15千克,所以它的动能可达2 10^23焦耳,这要远高于以光速运动的针的动能。
因此,从经典物理学角度来看,针的动能其实并不大。当然,考虑到针的体积较小,它的穿透力会更强一些,对地球的局部破坏可能会更加严重。
但事实上,上述的计算是错误的。光速运动的针所具有的动能并非只有这么一点,它的破坏力其实非常强大,在某种意义上,强大到足以摧毁整个宇宙,更何况是地球。
一旦涉及到亚光速和光速运动,经典力学不再适用,而是需要考虑相对论:
可以看到,当速度逐渐接近光速之时,物体的动能会变得越来越大。当速度无限接近光速时,即便是针甚至是微小的原子,所具有的动能都是无限的。如果针的速度达到光速,它所具有的动能不但能够直接摧毁地球,而且就连宇宙都无法幸免。但这种设想是不会成立的,因为宇宙没有无限的能量把一根针加速度到光速,拥有静质量的针只能以低于光速的速度运动。
那么,针的速度达到多快可以撞毁地球呢?组成地球的物质通过引力紧密束缚在一起,为了把这些物质完全分开,使得它们无法继续通过引力结合在一起,这需要超过地球引力结合能的能量。据估计,完全破坏地球所需的能量大约为2.24 10^32焦耳,这是一个不小的能量。
根据相对论的动能公式来计算,当一根针的速度被加速到光速的99.999…30个9…99967%之时,它可以完全撞毁地球。事实上,《三体》中摧毁恒星的“光粒”就是利用了这种原理。
那么,为什么我们平时不用相对论呢?在速度远低于光速的情况下,相对论的动能公式经过泰勒级数展开之后,可得经典物理学的动能公式:
由于涉及相对论的计算比较繁琐,而我们平时所接触到的速度通常远低于光速,所以使用更简单的经典物理学就足够了。
灾难!绝对是大灾难!还是全球性的世界大灾难!甚至可能也会引发整个宇宙的大灾难!
如果您实在无法想象出那种撞击场景,请参照这两个场景去脑洞大开:
1、生活中交通撞击事故中的案发现场实况: 20km/h、100 km/h和200km/h的撞击造成的事故现场,然后脑洞大开,放开你今生的所有想象:能想多大就多大,能多离谱就多离谱。没错就是你无限无限的去想,还是差距很大的象那场景:无比震憾、无比恐惧!完全不可想象!
2、世界上四大突发巨大灾难: 小行星撞击地球。
其中最著名的是大约6600万年前,当一颗直径大约10公里的小行星撞击地球,相当于珠穆朗玛峰一样大小的一块巨岩撞击地球,后果是:撞击造成了全球范围内的严冬,地球上一半的物种因此而灭绝,在地球上生活了1.6亿年之久的恐龙也在这时候因此灭绝。
一根针,体积很小,针头很小,质量大概是1克,可经不住光速的恐怖加成,威力绝对让你恐怖、震憾到无法想象 。我们先科普一下光速的概念: 光速是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。
真空光速定义值:c0=299792458m/s
光速计算值:c0=299792.458km/s (一般取300000km/s)
根据光速的理论:一根针的质量将随着速度的增大而增大,当针的速度接近光速时,它的质量将趋于无穷大。 这个时候你就会发现:这一根针,小但是质量无限重,犹如一个巨人在使出巨力撞击地球,这一根针被加速到光速级别的针有多么恐怖的能量了吧!
地球的结合能是2.24 10J,这一根被加速到光速针能不能直接击碎地球,碎成原始星云状态?天也不知道,鬼也不知道,人更不知道,虽然《三体》中也利用了这个原理为我们描绘了光粒摧毁恒星的场景。
虽然一根针以光速击中地球是个脑洞大开的幻想场景,在人类真实的生活中根本不可能会出现。但是小行星撞地球的威胁却迫在眉睫。1998年以来,天文学家已发现超过1.5万颗近地小行星。目前来说,我们知道大约93%能造成大规模灭绝的天体。
灾难就是身边,它并不遥远: 1908年,一个直径不超过200米的天体撞向俄罗斯西伯利亚一个针叶林地带,随之而来的爆炸将大约1994平方公里的森林夷为平地。
好消息是:如果我们的确看到有一颗小行星飞来,我们有办法让它偏离轨道。呼吁全世界每一个国家联合起来,团结协作,共同应对这个全球性的世界大灾难。我们都是这个地球上的一员,这与我们大家息息相关,每一个人都不能置身事外!
如果有小行星正向地球冲过来,有什么办法解决?
只要小行星一飞近地球,科学家就可以发射一枚洲际核弹(洲际核弹是洲际导弹的一种,它可以飞到地球臭氧层处,拦截低空飞行的敌军卫星,偶尔也可以拦截彗星,陨石)把它击成碎片或改变其轨道,不让它撞上地球。中国是世界级强国,仅次于美国,凭中国的实力是可以把它击落或击碎的。其实拦截小行星非常简单,不用把它打得粉碎,只要把它击中,偏离轨道就行了。
小行星撞击地球人类的科技到底能不能阻止?
1.核爆炸当然是可以的,但是核爆炸应该尽可能发生在小天体表面,最好埋在小天体的地表以下。这样可以把小天体的一部分物质抛射出去,形成反冲力,将小天体推开。
2.也可以在小天体上安装大推力火箭,如果是核火箭就更好。这个办法比核弹爆炸更准确,更容易控制,成功率也高。但是安装火箭会比核爆炸困难的多。
3.强激光可以使小天体表面物质蒸发喷出,形成反冲力,逐渐改变小天体的轨道。但是从地球上发射激光直接射击小天体能起到的作用基本为零。因为距离太远,激光的能量被发散的太厉害,而且很难精确控制。因此必须将激光器发射到小天体附近。就近对小天体进行照射。
4.但是使用光学方法有一个更简单的选择。那就是用大型的聚光镜,翻射太阳光照射小天体的表面。直径数百米的聚光镜,无论是制造还是发射,都比超级激光器要简单得多,而且功率甚至还要大,还不需要庞大的能源供应。
5.至于粒子武器。实际上没有什么用处,因为它的制造比超级激光器还要困难,而且效果还要差得多。
本人认为第四种较好,但是小行星撞击地球机率小,因为地球本来就很小
直径在十公里以上的小行星如果撞到地球。那么恐龙就是最好的例子。而以人类现在的科技水平来看。即便是没有在撞击瞬间毁灭。也会灭亡于地球后面一些剧变中几乎没有存活下来的可能。
对此科学家想出了很多的方案来解决小行星撞击给人类带了的潜在威胁。
第一种方法就是直接撞击。撞击产生的作用力改变小行星的飞行方向。
第二种方法就是用核武器炸。核武器爆炸产生的热能能够使小行星部分气化。气化产生的动能和核武器爆炸产生的动能能够将小行星推离原定的轨道。
第三种方法就是涂鸦。也就是发射宇宙飞船到小行星附近。然后将小行星表面涂白。这样太阳照射小行星产生的光压能够改变小行星的轨道。当然啦,这种方法需要大量的时间。不然无法实现。
第四种方法就是使用重力拖拉机。重力拖拉机能够在目标小行星表面48米处产生微小引力。这种引力能够慢慢的改变小行星的运行轨道,使它避免撞上地球。
虽然对小行星人类有很多办法让它不撞到地球。但是以上的方法只适用于有充足的时间的情况下。假如一颗小星星。逃脱了人类的监视。还有几天的时间就会撞上地球,此时人类难道就无法对应了吗?
其实还是有办法的,此时的人类可以利用高动能火箭携带核弹直接撞击小行星后引爆。据科学家的计算机模拟,100万吨的核弹能够在宇宙中将直径为500米的小行星炸开。而再大一点的小行星就需要相当大的核弹拦截了。
但值得注意的是假如此时再有一颗十公里的小行星正向地球撞来,并且人类并没有提前好几年发现它。那么人类大概率的无法对它进行拦截。因为要拦截所需要的核武器当量必须是极大的,而人类目前的科技水平还无法将非常重的核武器送往宇宙。并进行发射拦截。不过好在这种可能性几乎没有。因为体积大就意味着能够更早地发现。要知道距离地球几百万公里的陨石都能被发现。就别提直径十公里的小行星了,所以只要人类能提前几天发现它。那么它就不会对人类造成威胁。
总之随着人类科技水平的不断提高。应对来自宇宙中威胁的能力也逐渐提高。或许有一天人类能够完全抵御宇宙中所有威胁。
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