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一個10kg重的鐵球,用光速撞擊地球,能把地球撞穿嗎?

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,任何具有靜止質量的物體以光速撞向地球,都會導致地球毀滅。根據狹義相對論,物體的質量會隨著運動速度的增加而增加,它們之間的關系如下:

其中M是運動質量,m是靜止質量,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,它的質量將會變為無窮大。再根據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到光速,這當然是不可能的。

雖然鐵球無法達到光速,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。組成地球的物質通過引力作用結合在一起,這種能量被稱為地球的重力結合能。如果能夠克服地球的重力結合能,則地球就能被摧毀。假如地球是一個密度均勻的球體,它的重力結合能U由如下公式給出:

U=3GM^2/(5r)

其中G是萬有引力常數,M是地球的質量,r是地球半徑。

代入數值,可以算出地球的重力結合能為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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