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一根针引发的经典力学和相对论之间的尖锐矛盾!我们该信谁?

 星辰大海种花家 2019-11-25

也许我们可以用几种不同方式来讨论这根针以光速击中地球的后果有多严重,如果你是经典力学的拥戴者,那么就请信了牛顿的邪,如果你是相对论的粉丝,那么就请信了爱因斯坦的邪。

经典力学中的一根针以光速击中地球的动能有多大?

动能公式大家可能张口就能说出来,但我们先假设一些数据,比如这根针的质量为0.2克,那么根据动能公式:

动能公式

以光速299792458米/秒代入计算得动能为9×10^12焦耳,按一吨TNT约4184000000焦耳能量计算,大约为:2151.05吨TNT炸药释放的能量!

看起来这也是一个不小的数字了,毕竟是一根针而已,在光速下,用传统的动能公式算出了2000多吨的能量,看来光速还是不可小觑!

按狭义相对论计算一根针的能量是多大呢?

在狭义相对论中必须要考虑质增效应的相对论动能,因此计算方式就不一样了!我们先祭出相对论动能公式:

看起来花花绿绿一片,其实只看相对论动能公式即可,当速度趋向光速,EK值趋向于无穷大,无论m的质量是多大,只要静止质量大于0即可,那么计算出来的动能就是无穷大的。

在无穷大的能量轰击下,受影响的就不只是地球了,也许太阳系附近的一片空间所有质量都将以能量的形式表现,继而引发更大范围的变化,我们不确定这个后果有多严重,至少《三体》中的光粒有部分描述,它能轻易摧毁一颗恒星,也许它还没有达到光速,只是无限接近光速而已!

我们该相信哪个公式?

毫无疑问动能公式没有错,用了那么多年都很好用,但种花家建议下关于动体的电动力学问题还是来看看这个时代背景!因为动能公式来自于经典力学,而在二十世纪初,经典力学的格局发生了翻天覆地的变化!

牛顿在1687年发表了《自然哲学的数学原理》,阐述了万有引力和三大运动定律,奠定了此后三百年的天文学和力学发展基础!

经典力学最辉煌的时代是拉普拉斯时代,他是法国著名的天文学家和数学家,对天体力学和统计学的贡献举足轻重!拉普拉斯用数学方式证明了行星的轨道只有周期性变化,这就是著名的拉普拉斯定理。拉普拉斯在1799年后出版了系列巨著《天体力学》,到1825年总共五卷论述了行星运动、形状和潮汐的形成,以及木星卫星的运动和三体问题的特殊解!

拿破仑看到这部巨著后问问拉普拉斯为什么在他的书中连一句上帝都没有提到,拉普拉斯明确的回答道“陛下,我不需要那个假设”,如此豪言壮语也只有拉普拉斯敢在拿破仑面前提及!

而另一个顶峰则是勒维耶计算出海王星准确位置,和观测发现只相差1°,因此当年的拉普拉斯才提出只要知道每一颗例子的位置与速度,他就可以计算出宇宙的过去和未来!

但隐忧潜伏,因为引力借助于以太假说,而麦克斯韦计算出光速是一个常数,迈克尔逊莫雷实验则验证了以太飘移的零结果,洛仑兹试图为此解释而推出了洛仑兹变换公式,高速运动的物体长度会变短,但他却没有抛弃以太假说使得憾失狭义相对论的发现!但洛仑兹的解释却是正确的,爱因斯坦的狭义相对论继承了洛仑兹变换的精髓,但抛弃了以太的绝对时空观,推出了光速不变论,还有相对性原理两个前提!

经典力学时代的洛仑兹的洛仑兹变换和狭义相对论中的洛仑兹变换,两者就是同一个东西,可能各位了解的洛仑兹变换就是长度变换,但质增效应和钟慢效应一样可以从洛仑兹变换中推导出来,这我们就不得不面对一个结果,在经典力学和狭义相对论之间起着重要桥梁作用的洛仑兹变换所推导的结果是否可以信任的问题!

准确一点说,在进入二十世纪以来,物理学发生了翻天覆地的变化,以狭义相对论为起点,其后是广义相对论,紧接着是量子力学,在这过程中我们不得不提一下在相对论中起到绝对推动作用的爱因斯坦,有人认为即使爱因斯坦在1925年后退休,那么他也不会对科学界有任何影响,说的就是爱因斯坦无法接受不连续在量子力学中发生,这个案例表明无论多么睿智的科学家,终归有所局限,那么作为围观群众,又有何感想呢?

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