如果一根针以光速撞击地球，会发生什么？地球消失还是毫无反应？

　　在6500万年前，一颗直径在9.7公里的小行星，以40倍音速的速度撞向地球，直接终结了恐龙称霸的时代。在我们的一般印象里，撞向地球的小行星只有足够大，才会对地球和生命产生威胁，如果太小的话，就会在大气层中燃烧殆尽，变成漂亮的流星。
　　Tips：流星Meteor，是指运行在星际空间的流星体，通常包括宇宙尘埃和固体块等空间物质接近地球时被地球引力吸引，在高速穿越地球大气层时发生电子跃迁所产生的光迹。
　　但如果我们把这个问题推向极限，假设一根接近光速的缝衣针冲向地球，究竟是无事发生，还是毁天灭地呢？
　　堪比原子弹的缝衣针
　　看到这个题目，想必不少人已经开始笑了，这不是当年那个＂雨掉下来为什么砸不死人＂的问题的翻版吗？别说接近光速了，就是等于光速也不会怎么样，比如说太阳光照在人身上，除了变暖和之外什么也发生不了。但实际上，如果真的有根针能接近光速，那么它爆发的威力，堪比原子弹爆炸。想理解这一点，我们需要先讲一讲动能的概念。
　　Tips：爆炸是指在极短时间内，释放出大量能量，产生高温，并放出大量气体，在周围介质中造成高压的化学反应或状态变化，同时破坏性极强。
　　动能是一个运动物体所蕴含的能量，它的大小和两个变量有关，也就是重量和速度，重量和速度越大，这个运动物体的动能就越高。我们来举个例子，比如说一辆小轿车，如果它以20公里每小时的速度撞到一个人，那么这个人除了会感觉到疼之外，不会有什么生命危险。但如果这辆车加速到了60公里每小时，就足以把人撞成重伤或者死亡了。
　　也就是说，在重量不变的情况下，这个物体的速度越快杀伤力就越大。这也就是为什么只有几克重的子弹弹头，用火药打出去就可以取人性命的原因。要知道，一颗普通子弹的速度也不过是亚音速，威力就有这么大，而一根接近光速的针，速度可是光速的882353倍，这个破坏力已经相当可观了。
　　Tips：缝衣针，缝衣服使用的针，分不同尺寸大小。也是冰与火之歌中艾德·史塔克次女，艾莉亚·史塔克使用的武器。
　　也许你会疑惑，既然达到光速的东西动能非常大，为什么光本身却毫无杀伤力呢？这是因为光子的静质量其实是零，所以才没有杀伤力。而针虽然小，但拥有质量的它，蕴含的动能已经大到让人咋舌的地步了。
　　我们可以亲自计算一下，假设这根针的重量只有0.3克，速度达到了99%光速，代入计算公式，Ek=mv²/2可以得到这根针的动能为1.64×10^14 焦耳。这大概是个什么概念呢？一吨TNT炸药爆炸释放的能量只有4.2×10^9焦耳，所以这根针爆发的能量相当于3.6万吨TNT炸药。当年的原子弹小男孩只相当于1.5万吨TNT，这根针已经相当于两颗小型原子弹了！
　　Tips：原子弹Atomic bomb，是核武器之一，是利用核反应的光热辐射、冲击波和感生放射性造成杀伤和破坏作用，以及大面积放射性污染，阻止对方军事行动以达到战略目的的大杀伤力武器。
　　也许你会觉得这也没有什么，我们的地球有大气层保护，这么快的速度，一定在大气层中被烧没了，不会有什么实际影响，那么你大错特错。不管这根针变成什么样子，这些动能都不会凭空消失。
　　地球的大气层非常厚实，按照最外面的逃逸层来算，厚度可以达到800公里。一般的流星速度较慢，到了大气热层才会开始燃烧，而这根针一开始接触大气，就已经开始剧烈反应了。在与大气的碰撞中，它会被高温气化成铁离子，但是它依旧具有质量，所以动能并不会消失，反而散开形成一个离子团，在与空气的碰撞中变成一股巨大的冲击波轰向地球表面。
　　Tips：大气层atmosphere，是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地，大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。
　　不过，在能量传递的过程中，这些原子和离子会逐渐减速。我们也许能听见缝衣针和大气撞击时产生的巨响，但对地面的我们来说还造不成什么危害。只是相当于美国又在大气层搞了一次核爆试验，还没有任何辐射残留的担忧。不过，这只是考虑了这根针的动能，其实如果真有东西可以这么接近光速，它在和大气的碰撞中，已经可以引起核聚变了！
　　毁天灭地的缝衣针
　　2010年11月9日，科学家借助欧洲大型强子对撞机，把质子加速到了0.999999991倍光速，它们碰撞之后爆发的能量达到了惊人的10万亿度，是太阳核心温度的100万倍，也相当于宇宙大爆炸后万分之一秒时宇宙的温度。
　　Tips：大型强子对撞机是粒子物理科学家为了探索新的粒子，和微观量化粒子的‘新物理’机制设备，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，英文名简称为LHC，Large Hadron Collider。
　　而这，已经是目前科学家加速有质量物体的极限了，如果说我们可以更加接近光速，仅靠两个质子的碰撞，我们就可以制造出一个量子级宇宙，甚至产生一个宇宙。如果这根缝衣针也能更加接近光速，产生的效果将被无限放大。前面我们讨论的例子里，缝衣针只有99%的光速，让我们继续加速看看会发生什么。
　　假设缝衣针的速度达到了0.9999倍光速，那么它的动能就相当于1.88×10^15焦耳，相当于45万吨TNT爆炸的威力。这时人类可以在地面上看到非常壮观的爆炸，冲击波也能对地面产生一定的影响，但问题不大。当缝衣针达到0.99999999倍光速，能量就相当于1.9×10^17焦耳，约为4500万吨TNT爆炸的威力，这时人类最强氢弹，沙皇炸弹的爆炸威力。
　　Tips：焦耳（简称焦，符号为J），是能量和做功的国际单位。符号J为纪念英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳而命名。
　　不过因为在大气层引爆，所以除了会产生很强的冲击波扰乱大气之外，对我们还是没有多少影响。但如果说小数点后面的9有14个，那么产生的能量就已经相当于冷战时期人类核武储备的最高量，达到450亿吨TNT，其爆炸的冲击波足以让上亿人死亡。
　　等到小数点后面的9累加到20个，产生的能量达到了1.9×10^23焦耳，为450万亿吨TNT当量，是当年灭绝恐龙的陨石的2倍，9成的人类可能在这场大爆炸中直接丧生，剩下的人只能在接下来的环境巨变中瑟瑟发抖。人类会不会就此灭绝小编不知道，但所谓的文明，已经在这场爆炸中被全部摧毁了。不过，这还不是缝衣针的极限，它的动能是一条指数函数，哪怕小数点后面多一个9，威力都会暴增。
　　Tips：根据我国古生物学名词审定委员会给出的定义，恐龙指的是三角龙和现代鸟类最近的共同祖先的其全部后代，除鸟类外已经全部灭绝。
　　当小数点后面的9累加到38个，产生的能量足以炸毁地球，我们的母星会在爆炸中支离破碎，变成一条绵延数百万公里的小行星带。或许，再经过上亿年的时间，这些小行星带会在重力作用下重新聚合，再度变成一颗行星，但生命绝对早就不复存在了。只要在这个基础上再加一个9，爆炸的威力足够让地球的碎片散布在整个太阳系之中，地球再也不复存在了。
　　当然，这还不是缝衣针的极限。我们继续在小数点后面加9，如果达到了62个9，这股能量就相当于太阳稳定燃烧100亿年释放的能量。如果有93个9，产生的能量就相当于整个银河系所有的物质湮灭释放的总能量。这还没完，如果小数点后面的9增加到133个，产生的能量就相当于整个可观测宇宙湮灭释放的总能量。
　　Tips：地球的英文名Earth源自中古英语，其历史可追溯到古英语，在日耳曼语族诸语中都有同源词，其原始日耳曼语词根构拟为＂*erþō＂。为古罗马神话中大地女神忒亚之名。
　　这意味着，这根针爆炸，足以再造一次宇宙大爆炸。是的，没听错，这根针已经可以创造出新的宇宙了。如果说这根针的速度达到了光速，那么它的能量将是无穷大，很难想象由它创造的宇宙究竟是什么样子。还好，根据爱因斯坦的相对论，光速是世界上的绝对速度，没有什么有质量的东西可以达到光速。把缝衣针加速到接近光速，所需要的能量也无限接近于无穷大，所以大家也不用担心，真的会有这么小的东西以接近光速的速度冲向地球。
　　一个有趣的事情是，尽管这根缝衣针已经达到了毁天灭地的地步，但它还是无法贯穿地球，因为在接触到空气分子时，就已经发生聚变爆炸了。
　　Tips：1905年，爱因斯坦获苏黎世大学物理学博士学位，并提出光子假设、成功解释了光电效应因此获得1921年诺贝尔物理奖。
　　所以我们不妨把脑洞再开得大一点，想让这根钢针直接穿透地球，需要具备什么样的条件？
　　缝衣针怎么才能穿透地球？
　　这个时候，我们就需要假设，这根钢针像《三体》中描绘的＂水滴＂一样，是一种无论怎么破坏都无法伤它分毫的刚体。这样，我们就完全不用担心它在与空气碰撞时分解成等离子体了。但这时依旧有一个问题，就是动能的传递，缝衣针虽然可以完整地穿过大气，但是它的动能会在空气阻力的作用下以极快的速度减弱。
　　而传递出去的动能，也会形成足以摧毁地球的冲击波。也就是说，除非这根针能超过光速，要不然由它导致的冲击波和聚变反应，总会先它一步轰击地球，把地球炸碎。这么说来，一根能创造宇宙的缝衣针，居然连地球都扎不破？是的，除非这根针的密度高到可怕，比如说达到中子星的密度。
　　Tips：《三体》是刘慈欣创作的系列长篇科幻小说，作品讲述了地球人类文明和三体文明的信息交流、生死搏杀及两个文明在宇宙中的兴衰历程。
　　中子星是目前宇宙中已知的，密度仅次于黑洞的星体。它是足够大的恒星在晚年塌缩之后形成的天体，差一点就能变成黑洞，上面的物质每立方厘米的重量都至少在1亿吨以上。因为密度奇高，所以引力也大得可怕，所有原子中的电子，都被挤压到了质子里变成中子，让所有元素的原子变得只剩下中子，所以才得名中子星。从它身边经过的光，都是呈抛物线逃离的。
　　如果一根针的密度达到了中子星的水平，那么它的质量起码是普通缝衣针的1亿倍，最初接触它的空气都会被这根针的重力捕获，被巨大的引力压成一层薄薄的液体覆盖在缝衣针的表面。
　　Tips：中子星neutron star，是除黑洞外密度最大的星体，绝大多数的脉冲星都是中子星，但中子星不一定是脉冲星，有脉冲才算是脉冲星。
　　这个时候，哪怕这根由中子星构成的针做自由落体运动进入大气，速度从零开始增加，产生的速度和动能，也足以把地球贯穿了。这个时候，因为缝衣针的速度是逐渐增大的，虽然在这个过程中也会产生冲击波，但是在到达地表的时候，它积累的加速度，就已经接近光速，可以赶在冲击波炸毁地球之前，先把它扎个对穿。
　　可以想见，被一根针扎穿，对地球来说也是非常可怕的事情。因为随着缝衣针的深入，地球的密度也是越来越高，阻力增大，缝衣针不得不释放更多动能。于是，地球内部会累加足够大的动能，直接从核心开始爆炸，连同姗姗来迟的大气冲击波一道，把地球炸成一片尘埃。
　　Tips：光速Lightspeed，是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。
　　这个现象和子弹的空腔效应很像，因为大多数能量都是子弹在穿透肉体时释放的，所以看起来子弹的弹孔只有一个小洞，但内部已经被破坏了一大片了。
　　结语
　　虽然这次我们讲的只是一个脑洞大开的讨论，实际上针不可能被加速到近光速，更不可能把中子星上的物质加工成针的样子。但是，这个问题依旧能在现实中找到原型，也就是各国都在研究的动能武器，实际上就是威力被放大了数万倍的＂子弹＂。
　　Tips：子弹是由枪械发射出的武器；战争时更是击杀敌人或破坏物资的最简单的工具之一。它既是文明的产物，同时也是破坏文明的利器。
　　1957年7月26日，美国在地下引爆核弹时，因为对威力估计不足，核弹爆炸的冲击波把竖井上的＂井盖＂炸飞了出去。事后估计，这个井盖的速度起码达到了6倍的地球逃逸速度，它要么飞出了地球，要么在大气层中被烧毁了，无论如何，这个井盖再也没有被人找到。由此，科学家想到，如果换成氢弹，把这个井盖炸飞出去，是不是可以变成对付外星人唯一有效的武器。当然，这也只有实际试验了之后，我们才能知道答案吧。