光速飛船,宇宙飛行中碰到一粒沙子,會不會報廢?

小跳豆他爸爸


首先光速飛船這個概念是不存在的,只能是光速級別飛行器,一切有靜止質量的物體速度不會達到光速,但是在合適的情況下,速度可以無限逼近光速。


一粒沙子在我們的眼中本來應該是很不顯眼的,那麼一粒沙子能將一艘飛船撞報廢嗎?你還別說,沙子還真的有這個潛力。不知道大家有沒有聽說過這樣的報道,那就是說某飛機在飛行的過程中與一隻鳥相撞,不幸墜機,機上人員全部喪生,這是真實發生過的。

目前鳥類撞擊飛機是危害航空安全的重要因素之一,有統計稱,自1988年以來,因為鳥類撞擊飛機導致的墜機事件,已經造成了至少219人死亡,造成的死亡人數夠得上一次重大空難去世的人數了。飛機的高速運動會使得鳥類撞擊飛機的破壞力十分驚人,僅僅是一隻麻雀就足以摧毀降落時的飛機發動機。

按道理說,體型小,質量輕的鳥類,與鋼鐵築成的飛機相撞,其效果相當於以卵擊石,但是為什麼會將飛機撞報廢呢?其實這跟飛機的高速飛行有關,如果單單是一隻鳥撞向靜止的飛機,那麼鳥無論如何也不可能將飛機撞報廢,反而是自己自尋死路。根據動量定理,一隻0.45公斤的鳥,與時速800公里的飛機相撞,將會給飛機帶來153公斤的衝擊力,而一隻7公斤的大鳥撞擊在時速960公里的飛機上,衝擊力將會達到144噸!


至於具體是怎麼計算出來的我就不給詳細的過程了。你需要知道的就是高速飛行的物體將會具有很大的破壞力,而鳥類撞擊飛機的巨大沖擊力源於鳥類和飛機的速度差。我們知道太空垃圾的危害很大,一粒很小的太空垃圾如果與宇航員或者是空間站迎面相撞的話,那麼宇航員的身體毫無疑問會被擊穿,而空間站大概率會報廢。

下面來計算一下一粒沙子與光速級別飛行器撞擊的破壞力。假設沙子原本靜止,而飛船相對於沙子以99%的光速相撞,那麼根據相對論,沙子的質量會有所增加,沙子的質量將相當於原本的7倍左右,將沙子的質量設定為1mg,那麼沙子的動能將會有44105J,這個能量其實不是很大,但是也相當於質量2千克的物體以210m/s的速度撞向飛船,在我看來,飛船不一定承受得住這麼大的衝擊力。


如果速度進一步增大的話,那麼沙子的動能將會呈爆炸式增長,就假設飛船的速度為光速的99.999999%,那麼沙子的動能將相當於7600萬噸TNT當量,這相當於什麼概念呢?已知世界上威力最大的氫彈為前蘇聯研製的沙皇氫彈,其TNT當量為5000萬噸,所以你知道這個沙子的威力有多大了吧。


鏡像宇宙


光速飛船,宇宙飛行中碰到一粒沙子,會不會報廢?

光速飛船在宇宙中是碰不得任何實體物質的,即使是一個太陽風中的高能質子,也相當於無窮大的能量,因此從理論上來看,純粹意義上的光速飛船是不存在的!因為在還沒到達光速之前就已經被塵埃所毀滅了!那麼問題來了,高速飛行器撞到物體的能量到底有多大?有什麼手段可以防止撞擊?有沒有什麼方法能讓光速飛行器安然無恙?

一、高速撞擊的危害有多大?

這是一家戰鬥機撞鳥的結果,戰鬥機的正常巡航速度也就高亞音速,產生的撞擊力對雷達罩的複合材料製造的外殼將造成極為嚴重的破壞,當然也可以想象在超音速下撞擊的破壞會有多大,甚至高超音速下會如何!那麼一粒沙子在極高速度下撞擊會有多大能量呢?

這是模擬地球的一個鋁球被一顆模擬小行星的質量體撞擊所產生的效果,這個破壞力將超出想象,而這速度僅僅是數千米每秒而已!如果在接近光速的情況下被一粒沙子所碰撞的,其實我們是可以計算一下的,以下為設定參數:

一粒沙子:取值約1毫克

飛船速度:99.999999%(飛船不可能達到光速,假定此為飛船速度)

那麼相對速度後,沙子的質增效應將達到:

代入上述公式後計算得質增效應為7071倍,那麼1毫克的沙子將達到7.071Kg的相對論質量,在根據動能公式計算它所攜帶的能量為:

EK=317754887087304039.55J

約合:75945240.7噸TNT,即:7600萬噸TNT的當量!

全世界測試過的威力最大的氫彈-“赫魯曉夫炸彈”的當量為5800萬噸,只相當於這粒沙子的76%而已!請問有什麼裝甲能擋住如此威力的撞擊?

二、有什麼手段能防禦這種撞擊?

這是《太空旅客》中的飛船在抵禦宇宙中微隕石撞擊的力場,可以看到撞擊在力場上釋放的能量!但它抵禦的撞擊並不能無限擴大,超過一定範圍就會產生極為驗證的後果!

撞擊導致了飛船損壞,並且隨機喚醒了星爵同志,然後星爵覺得無聊,找了美女大表姐....抱歉跑題了哈!但至少能夠形象的說明,力場並不能無限制保護飛船,達到光速後的撞擊的沙粒能量將趨向於無窮大,因此力場並不能完全保護光速飛船!

三、有什麼方法可以保護光速飛船?

也許沒有任何方法保護光速飛船,必須要從發動機體制來考慮防禦方式,因為在空間中移動速度達到光速的物體沒有任何力量可以保護,但假如移動的是空間的話,就似乎是另一回事情了

也許用移動空間的方式可以完美解決這個問題,因為空間會很自然的將前方的障礙物從空間曲率的周圍分離,處在曲率空間泡內的飛船會得到完美保護,並且飛船並沒有相對它所處的空間移動!移動的只是外部包裹飛船的空間而已!

當然後兩種方式我們甚至都沒有理論基礎,也不確定未來是否能實現,但隨著未來的飛船速度越來越高,可能如何防護飛船真的需要提上日程,否則蒙著眼睛在宇宙中趕路,哪天被一粒隕石終結也是很正常的事情!


星辰大海路上的種花家


如果真能達到光速的話,別說撞上一粒沙子,就是撞上一顆原子,飛船也會瞬間被摧毀;不僅是飛船瞬間被摧毀,整個宇宙也會馬上被摧毀。因為要把任何東西加速到光速,都需要無限的能量,也就是說,如果這艘飛船真的已經達到光速了,它必然攜帶著無限的能量。雖然這種情況不可能出現,但不妨礙我們根據它來討論此後發生的事情。所謂無限,就是你能說出任何大的數字,無限都可以比它更大;如果宇宙是有限的,那麼無限的能量撞擊它,當然會把它摧毀;如果宇宙是無限的,無限的能量撞擊它,真的沒有什麼意義,就像你說我把兩個無限大相加會得到什麼一樣。無限大並不是一個有效的可觀測的物理量,沒法參與計算。


徐德文5分鐘科學頻道


以現在的技術水平,高速飛行的宇宙飛船如果碰到一粒沙子是會報廢的。

我們知道,速度都是相對的,所以當飛行速度很高的宇宙飛船碰到靜止的沙子就相當於一顆沙子以相同的速度碰撞上了宇宙飛船,這樣的撞擊產生的能量是非常巨大的。

比如說現在鋼鐵做出來的飛機會非常害怕撞上飛行速度並不高的鳥類,就是因為兩者之間的相對速度實在是太大了,導致小小的一隻鳥也會對飛機造成巨大的傷害。

事實上,對於現在的人類,太空垃圾對衛星造成的傷害已經是不可忽視的了。要知道,太空垃圾一般要以每秒7-8公里的速度高速運動,根據軌道傾角碰撞時的相對速度甚至可以達到每秒10公里以上,因此具有巨大的破壞力。下圖展示了一枚一釐米大小的碎片撞擊鋼板後產生的效果,由此可以看出來太空垃圾的可怕。

而隨著宇宙飛船速度的進一步的提高,除了要考慮高速帶來的巨大動能,還要考慮高速帶來的巨大的質量變化,下圖就是高速情況下物體質量發生的相對論效應,所以當沙子相對太空船以接近光速運動的時候【不允許完全達到光速】,那麼沙子的質量可能就變得跟山一樣大了,這樣宇宙飛船如果直接跟這粒沙子相撞,再堅硬的材料也會受不了的。

所以有人非常悲觀,就是認為人類因為太空中存在的塵埃,所以不可能實現太空旅行——這些塵埃與飛船相撞會造成毀滅性的後果。

當然了,未來也許人們會通過蟲洞,或者給飛船加裝力場護盾這樣的方式來避免飛船在高速下與太空塵埃直接相撞,這些目前都還是科幻,我們只是儘可能的想象。


SilentTurbine


光速飛船,宇宙飛行中碰到一粒沙子,會不會報廢?

光速,顧名思義,就是光在宇宙中穿行的速度,約每秒鐘30萬公里。就目前人類而言,最快的戰機只有兩個音速(音速為每小時1231公里),洲際巡航導彈速度有望達到20個音速,第1宇宙速度的運送火箭(脫離地球引力)每秒為7.8公里,第二宇宙速度(擺脫太陽系速度)每秒11.8公里,第三宇宙速度13.8公里可以漫遊太空。而最近公佈的銀河系黑洞的轉速只有光速的0.9(約每秒27萬公里),這是目前人類發現物質運動除光速以外最快速度的宇宙天體。如果從現有人類自然的科學理論去分柝,人類不可能造出與光速同行的飛行器,即使從理論上突破了研製光速飛行器的界限,也不可能突破製造光速飛行器的材料科學技術。

現在我們就假設人類完全有能力製造光速飛船吧。但從黑洞運轉速度去分析發現,黑洞周圍的物質(包括光)都被0.9光速的黑洞所吞噬,如果人類製造的光速飛般傲遊太空,會碰到什麼情況呢?當飛船達到光速時,會不會也象黑洞一樣吸收周圍的所有物質呢?這種現象不只僅僅是碰到沙子那麼簡單了,那時光速飛船所承受的碰擊都能從技術上及本身製造飛船的材料上一一化解嗎?

人類為了更好地生存,不斷地向宇宙探索,願望是美好的,但不能超越自然規律的界限。當光速飛船在飛行過程中真正碰上了沙子,其後果可想而知,就像飛機碰上了飛鳥,而飛機的速度只有每秒0.684公里(以2個音速計算),以每秒30萬公里的光速相比,真的是不可同日而語,其飛船與沙子相碰的結果必然是船毀人忘,煙飛灰滅,雲消霧散。即使是不會碰上沙子,當光速飛船在宇宙的飛行中,心然合與太空中的分子、原子、電子、核子、量子等等及暗物質產生高強度的摩擦,在高速壓力下飛行致使物質密度產生變化加強,使周邊的溫度聚然升高而引起核裂變而爆炸消溶,其結果也是難以想象的。

如果真有那麼一天,人類終於突破了上面所說的一切自然規律,造出能抗擊與沙子相碰的光速飛船也未可知,但本人的認識是,按現在人類對自然界科學技術的認知,人類要造出光速飛船是不可能的,更別說能抗沙子碰擊的光速飛航。究意更好的答案以何,讓行家去評說吧!











鄧工280


由於速度是相對的,理論上分析,別說是碰到一粒沙子了,就算是碰到一個電子,飛船也會因此報廢!因為光速飛行的任何物體都具有無窮大的動能,碰撞的瞬間足以毀滅任何物體!

而愛因斯坦的相對論早就告訴我們,任何物體都達不到光速,只能儘可能的接近光速,這裡的物體當然是指攜帶能量或信息的物體!

所以,無論如何光速飛船是不存在的。不過即使90%光速飛行的飛船撞上宇宙垃圾後果也是很嚴重的,同時理論上光速能達到90%光速同樣需要超乎尋常的能量!

不過宇宙中絕大部分地方都是近乎真空地帶,真空所佔的比例是絕對統治地位的。所以理論上我們無需考慮會撞上什麼東西,而且人類目前發射的任何探測器從來沒有考慮過會撞上什麼東西,事實上即使刻意想撞也很難撞上!

不過話說過來,如果將來某天人類能以亞光速飛行,比如90%光速,大概率人類早就可以擁有避免撞上宇宙垃圾的科技了,因為表面上看人類進步的是速度,但其實是全方位的進步,速度的進步意味著能源推進系統的革新,而能源是人類文明發展的推動力!


宇宙探索


永遠不可能創造出接近光速的飛船,因為有質量物體,不允許達到光速。歐洲大型對撞機表明,即使是一個粒子,在接近99.99%光速時候,就已經消耗超級巨大能量了,如果再增加,到99.999999%那麼地球所有能量總和也不一定能達到。

但有一種情況可能解決超光速問題,曲速引擎,摺疊空間行進。就類似於一張a4紙的兩個點,以目前科技連接兩個點最近的距離是直線,但將來所做的是,將a4紙對摺,將紙戳透,這樣兩個點的距離幾乎為0。這樣就能實現超越光速。但是目前尚在探索階段,下一場的科技爆發,只等待一個新的科學理論誕生,他將超越牛頓定律,超越相對論,揭開宇宙時代的篇章。



盯襠貓煞筆


首先,光速飛船是造不出來的,接近光速的亞光速飛船倒是可以。其次,如果亞光速飛船在太空中飛行時直接撞上一粒沙子,這完全有可會導致飛船報廢,甚至完全摧毀飛船,結果取決於飛船的速度有多接近光速。

如果兩個物體的相對速度很快,當它們碰撞時,將會面臨巨大的動能。正因為如此,儘管在太空中飛行的太空垃圾很小,但它們相對於某些航天器的相對速度極快,一旦發生碰撞,將會造成嚴重的破壞,所以太空垃圾對航天器存在著相當大的威脅。

同樣地,如果飛船以接近光速的極高速度相對於沙子運動,即便沙子非常小,但由於相對速度極快,沙子會對飛船造成巨大的破壞。根據狹義相對論,物體的動能Ek可由如下公式計算出來:

其中m0為物體的相對靜止質量,v為物體的相對速度,c為光速。

可以看到,即便m0很小,但只要v→c,則有Ek→+∞。舉個例子,假設一粒沙子的質量為1毫克,飛船的相對速度為光速的99.999943%,那麼,對於飛船而言,沙子所具有的動能將會達到8.4×10^13焦耳,這個能量與一枚當年投向廣島的原子彈(當量2萬噸TNT)爆炸相當。如果相對速度達到光速的99.999999999991%,沙子的動能將會高達2×10^17焦耳,這個能量與一枚沙皇炸彈(當量為5000萬噸TNT的氫彈)爆炸相當。

速度繼續增加,動能進一步增大,直至速度趨於光速,動能趨於無限大。因此,只要飛船相對於沙子的速度足夠快,沙子完全可以把飛船撞廢,甚至完全撞毀。也正是由於速度趨於光速,動能趨於無限大,只要有質量的物體,無論有多小,它的速度就不可能達到光速。

雖然太空中非常空曠,但由於亞光速飛船的速度極快,就必須考慮可能會與太空中的塵埃高速相撞所造成的破壞,所以需要在飛船的前方安裝能夠清理掉障礙物的防護罩。


火星一號


就按你說的來!

飛船以光速飛行撞上一粒沙子,就是一粒沙子以光速撞上你的飛船。速度越快,能量越大,一粒光速飛行的沙子打到飛船,絕對把你的飛船打對穿,雖然沙子進入飛船的地方只有沙子大小的洞,出去的地方,呃……出不去了,進去就與飛船內的空氣摩擦,燃燒都來不及就爆了。隕石進入地球那點速度的樣子應該知道吧,光速撞擊的能量是什麼樣就大概清楚了。不過光速飛行這玩意得要人類先解開(光速)這道腦筋急轉彎的問題才有可能實戰的!


真是個霸氣的名字


首先真正的光速飛船是沒法實現的,只能以亞光速飛行(比如99.99...%光速)。

即便如此,由於相對速度非常之高,沙子的質量將會增大到一個難以想象的數值,它的動能也同樣會上漲飛快,因此,在這種狀態下,飛船與其相撞,損壞程度將非常嚴重,甚至於直接報廢。

我們有時會在新聞報道上聽到,某某飛機因為飛行途中撞上了幾隻小鳥,而導致機體損壞。乍聽之下,感覺有些不可思議,因為小鳥的質量那麼小,而且飛行速度相比于飛機也是很慢的,怎麼會撞壞飛機呢?

實際上,從飛行員的角度來看,小鳥的速度是非常快的,甚至能超過音速(這個相對速度主要取決於飛機的速度),因此這般速度的物體能把飛機撞壞,也在情理之中。


但是對於相對速度逼近光速的情況來說,我們就必須考慮相對論的影響了。質增效應告訴我們,一個物體的速度越快,其質量就越大,越逼近光速,質量就越趨向於無窮。因此即便是一粒沙子,同樣能毀壞甚至報廢一架亞光速飛船。

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