一枚针以光速撞击地球会发生什么（一根针以光速30万公里）

在刘慈欣的科幻小说《三体》中，高等文明有一种武器名为“光粒”，指的是一种体积、质量较小的物体，但其速度接近光速，可以轻而易举摧毁地球，甚至是恒星。毕竟是科幻小说，听起来有些天方夜谭，但其实背后都是有物理根据的。

6500万年前，一颗直径长达10公里的小行星以20~40公里/秒的速度，撞在了墨西哥湾尤卡坦半岛上，超度了称霸地球上亿的恐龙。撞击导致滔天巨啸席卷了全球的海岸线，掀起的烟尘以及地球内部喷出的大量二氧化硫弥漫在空中，遮挡了阳光。最终，植物在失去光合作用后逐渐枯萎，地球食物链崩塌，大约95%的生物种类因此而灭绝。

这是地球五次生命大灭绝中，距离人类最近的一次，但却是在人类崛起之前发生的。不过，人类也曾差点被小行星送走，那次事件被称为“通古斯大爆炸”。

1908年6月30日早晨，俄罗斯西伯利亚通古斯河附近的居民被巨大的爆炸声震醒。那次爆炸产生的冲击波震碎了周围所有房屋的窗户，街上早起的居民都被震倒在地。

按照当时居民的描述，有一团火光将天空劈成了两半，犹如世界末日。爆炸仅仅过去1分钟，整个通古斯针叶林都被点燃，方圆2000公里内都被夷为平地，超过8000万棵大树被烧毁。科学家根据爆炸造成的破坏，预测这场爆炸的威力是广岛原子弹的1000倍，约10兆吨TNT。

通古斯大爆炸的起因一直都是个谜。2008年，俄罗斯西伯利亚联邦大学的研究团队基于收集到的大量证据以及电脑模拟给出了迄今为止最合理的答案。论文描述，爆炸源于一颗直径接近200米的小行星，以20公里/秒的速度冲进了地球大气层，在地球上方10公里处，由于与大气剧烈摩擦产生了爆炸，爆发出巨大的能量。

幸运的是，那颗小行星进入大气层的角度虽然非常接近于撞击地球，但最终只是从平流层中掠过。这解释了通古斯爆炸现场为什么不存在陨石坑，也没有找到相关的陨石，只有极少量的碎片。仅仅是掠过地球的爆炸威力就如此巨大，难以想象如果小行星撞上了地球会发生什么？

回到正题，如果外星高级文明对地球进行光粒打击，发射出一根针以近光速撞上地球会发生什么？如果根据爱因斯坦的相对论，那么地球将化为星际尘埃。

有些小伙伴问了，小行星那么大才有如此威力，一根针能翻出什么浪花来？解决这个问题的关键在于一个物理概念：动能。

无论是小行星，还是绣花针，其所释放的能量大小，除了看质量，还要看速度。这就像一颗子弹如果你只是用手扔是伤不了人的。如果6500万年前的希克苏鲁伯陨石以1厘米/秒落入尤卡坦半岛，那么地球上几乎什么事情也不会发生。

在经典物理学中，物体运动所具有的动能公式为：

（经典物理动能公式）

m为质量，v为速度。基于动能公式，我们能算出来希克苏鲁伯陨石的动能约为4.2×10^23J，相当于广岛原子弹的13.76亿倍，沙皇氢弹的200万倍。而产生通古斯大爆炸的小行星如果撞上地球会释放5.5万倍广岛原子弹的威力。

如果是一根绣花针（假设质量很小仅有1克）以光速（300000km/s）撞上地球，其动能大约为4.5×10^13J，大约为一颗广岛原子弹的威力。就这点能力，所谓的光粒打击难道是个笑话吗？

实际上，根据爱因斯坦的《狭义相对论》，任何具有质量的物体是无法达到光速的，只能无限接近于光，因此光速飞行的针是不存在的。另外，经典物理只适用于低速范围，当物体运动速度处于高速状态（大于1/10光速），尤其是非常接近光速时，经典物理会产生非常大的误差。

（m0为针的质量1克，m为针的动态质量）

如《相对论》中的质速关系式所描述：物体的相对速度越快，质量就会越大，当物体的速度无限接近于光速时，它的质量将变成无穷大。反之，如果针的速度远远小于光速，速度v代入质速关系式后，根号下约为1，会得到m=m0，因此低速状态，动态质量可以忽略不计，利用经典物理计算动能即可。

当针无限趋近于光速，我们就要用到相对论的动能公式。m0c^2是针静止时固有的能量，当针的速度v无限趋近于光速c时，根号下会无限小，那么针的动能将无穷大，大到毁灭地球，甚至毁灭整个宇宙。

当然，想要把针加速到无限接近于光速状态也需要无穷大的能量，大到整个宇宙加起的能量不够。因此，高等文明从哪获取无穷的能量进而实施光粒打击是个问题。