فیزیک، رایانه، آموزش، معاونت پشتیباني آموزش و پرورش، دانلود، خواندنی

جهان مملو از خطرات مختلف است. مستقیم‌ترین تهدید برای زمین برخورد اجرام آسمانی کوچک است.

 اما اگر یک سوزن با سرعت نور به زمین برخورد کند، چه پیش می‌آید و چه عواقبی دارد؟

به ادامه مطلب بروید

در منظومه شمسی، تعداد زیادی از اجرام آسمانی کوچک وجود دارد که نسبت به زمین نامهربان هستند. اگر به آنها توجه نکنید ممکن است به شدت به زمین برخورد کنند

می‌دانیم که برخورد اجرام آسمانی کوچک به زمین بسیار قدرتمند است برای مثال حدود ۶۶ میلیون سال پیش بعد از برخورد یک سیارک به زمین، دایناسورها مستقیماً از روی زمین محو شدند

چرا سیارک‌ها تا این حد قدرتمند هستند؟

 در پاسخ باید گفت که آنها بسیار سریع هستند به طور کلی سرعت این اجرام آسمانی می‌تواند به راحتی به ده‌ها هزار متر بر ثانیه برسد بنابراین همه‌ی آنها انرژی جنبشی عظیمی دارند.

از طریق فرمول انرژی جنبشی Eĸ=۱/۲mv² که در آن m مخفف جرم و v مخفف سرعت است می‌توان دریافت که گرچه جرم و سرعت روی انرژی جنبشی ِ یک جسم تأثیر می‌گذارند اما سرعت بر انرژی جنبشی تأثیر می‌گذارد واضح است که این تأثیر بسیار بیشتر است مردم کنجکاوند که بداند چه می‌شود اگر جسمی با جرم کم و سرعت بسیار زیاد به زمین برخورد کند؟

مشخصأ اگر سوزنی با سرعت نور به زمین برخورد کند چه اتفاقی می‌افتد؟ 

می‌دانیم که جرم یک سوزن را می‌توان برابر با ۰.۲ گرم تنظیم کرد با توجه به فرمول انرژی جنبشی فوق، می‌توان محاسبه کرد که این سوزن حدود ۹ تریلیون ژول انرژی جنبشی دارد به نظر می‌رسد بسیار قدرتمند است اما در واقع قدرت آن بسیار کمتر از انفجار هسته‌ای است برای مثال، بمب هسته‌ای پسر کوچک حدود ۶۳ تریلیون ژول انرژی آزاد کرد.

همچنین، زمین هنوز از جو محافظت می‌کند. می‌توان تصور کرد که در لحظه‌ی ورود این سوزن با سرعت نور به جو، به دلیل دمای بالاسوزن مانند شهاب سنگ متلاشی شود انرژی جنبشی آن فقط در بالای جو زمین آزاد می‌گرددبه نظر می‌رسد بدین ترتیب می‌توان نتیجه گرفت که حتی اگر سوزنی با سرعت نور به زمین برخورد کند هیچ تاثیری بر روی زمین نخواهد گذاشت.

اما نظریه‌ی تحسین‌برانگیز اینشتین به ما می‌گوید که گمانه‌زنی فوق به دو دلیل اشتباه است اولاً هر ماده‌ای با جرم ساکن نمی‌تواند به سرعت نور برسد بلکه فقط می‌تواند به سرعت نور نزدیک شوددوماً هنگامی که سرعت یک جسم نزدیک به سرعت نور است جرم نسبی آن بسیار بزرگ می‌شودبنابراین برای محاسبه‌ی انرژی جنبشی این جسم باید از فرمول مربوطه استفاده شودهمانطور که در شکل زیر نشان داده شده (عکس زیر متن)، جایی که m0 جرم استاتیک جسم است v  سرعت جسم است c سرعت نور است.

از فرمول بالا می‌توان دریافت که وقتی سرعت جسمی دائماً به سرعت نور نزدیک می‌شود، انرژی جنبشی آن به طور تصاعدی افزایش می‌یابد.

لازم به ذکر است که مدت طولانی است که این فرمول با تعداد زیادی از پدیده‌های مشاهده شده توسط دانشمندان تأیید شده است. جالب‌ترین مثال این است که در سال ۱۹۹۱آشکارساز ذرات کیهانی با وضوح بالا از دانشگاه یوتا یک ذره‌ی بسیار سریع احتمالاً یک پروتون را کشف کرد که سرعت آن به ۹۹.۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۹۵۱% سرعت نور می‌رسد داده‌های تحقیق نشان می‌دهد که انرژی این ذره به اندازۀ ۲۰^۱۰ × ۳۰ الکترون ولت است که معادل با یک توپ بیس بال است که با سرعت ۱۰۰ کیلومتر در ساعت پرواز می‌کند و انرژی جنبشی دارد.

اگر در نظر بگیریم که یک سوزن یک جسم با جرم ساکن است بنابراین سرعت این سوزن فقط می‌تواند بسیار به سرعت نور نزدیک شود و نمی‌تواند با سرعت نور به زمین برخورد کند بنابراین ما فقط می‌توانیم مسئله را به این صورت اصلاح کنیم.

از نظر تئوری وضعیت برخورد این سوزن به زمین را می‌توان تقریباً به سه نوع تقسیم کرد اولین وضعیت این است که این سوزن به دلیل دمای بالا در جو متلاشی می‌شود و انرژی آن در جو آزاد می‌گردد و بخشی از آن منجر به ضربه‌ی مستقیم به زمین می‌شود وضعیت دوم برخورد به سطح زمین است. زمین تمام انرژی آن را تحمل می‌کند و سومین وضعیت عبور مستقیم از زمین است و زمین فقط بخشی از انرژی را تحمل می‌کند.

طبق ِ فرمول اینشتین به وضوح می‌توان دریافت که وقتی سرعت ِ یک جسم بی‌نهایت به سرعت نور نزدیک باشد، انرژی جنبشی آن نیز به طور نامحدودی افزایش می‌یابدبدیهی است که وقتی سوزن به زمین برخورد کند انرژی بی‌نهایتی نیز دارد بنابراین، می‌توان گفت که در هر صورت، این سوزن انرژی بی‌نهایت را به زمین رها می‌کند زیرا انرژی بی‌نهایت هر چقدر هم تقسیم شود همچنان بی‌نهایت است و نتیجه این است که زمین در یک لحظه ناپدید می‌شود.

البته وجود انرژی بی‌نهایت در جهان غیرممکن است بنابراین این وضعیت فقط در تصورات ما می‌تواند وجود داشته باشد. شایان ذکر است که انرژی اتصال گرانشی زمین تقریباً ۳۲^۱۰ × ۲.۲۵ ژول است هنگامی که انرژی خارجی که زمین تحمل می‌کند بیش از این مقدار باشدمواد سازندۀ زمین از هم می‌پاشد و هرگز توسط گرانش متراکم نمی‌شونداگر به این موضوع علاقه‌مند هستید می‌توانید محاسبات را خودتان انجام دهید

چه زمانی سرعت این سوزن می‌تواند به این میزان انرژی برسد!

گـرداوری: آریــوسراد

مـتـرجــم: ســاکـار

https://www.quora.com/What-happens-when-a-needle-hits-the-Earth-at-the-speed-of-light/answer/Amogh-Joshi-23

منبع: پیامکهای ارسالی دوستان

این مطلب را به اشتراک بگذارید: