@ 2012.07.11 , 12:51
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WHAT IF: 0.9倍光速的棒球丢出去,会发生什么?

网漫xkcd作者、前NASA机器人专家Randall Munroe最近在他的网站上开设了一个“来信侃”的问答栏目,专门回答一些奇奇怪怪的读者来信问题,下面是该栏目的第一期:“如果将一枚棒球以90%光速的速度投掷出去,挥棒击球时会发生什么呢?”

当棒球遭遇相对论

如果将一枚棒球以90%光速的速度投掷出去,挥棒击球时会发生什么呢?
              - Ellen McManis

让我们先把怎么能让棒球飞到如此高速度的问题摆在一边。不妨假设投球队员只是做了一次普通的投球动作,而当棒球离手的时候,它莫名地就加速到了0.9c。这以后的一切我们都按照正常的物理学规则来推演:

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问题的答案是——“很多事”,所有事件都将在极短时间内发生,而且对击球者(当然投球者也一样)来说,不是很有益于身体健康。为了计算出结果,我拿来了一堆物理书、一个Nolan Ryan(知名投手)的投球模型、和一堆核爆测试的录像带。你接下来要看到的,就是以我的能力所能推演出的纳秒级事件记录——

由于球速太快,对球来说周围的一切实质上可以被认为是静止不动的,就连空气中的分子也是一样——空气分子通常以每小时数百英里的幅度来回振动,但由于棒球此时的速度达到了惊人的每小时6亿英里,所以对棒球本身来说,它们就像是凝结在了空中一样。

“空气动力学”在这种情况下根本不存在。在通常情况下,空气会从运动物体的边缘流过,但在这枚棒球前方的空气分子们根本没有时间让开道来:球直直地冲撞过来,这一撞击是如此猛烈,以至于空气分子中的原子们干脆就和棒球表面的原子们合在了一起——产生了聚变。每一次这样的撞击都会引发一阵伽马射线和散射粒子的爆发。

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这些伽马射线与碎屑以投手丘为起点、呈泡状向四周迅速扩大,它们将周围空气中的分子扯碎、将原子核中的电子剥离,使得球场内的空气成为一个不断变大的炽热等离子泡。这个泡泡的外壁以几近光速的速度向击球者迎面压去,速度比飞出去的棒球本身要快那么一丁点儿。

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在棒球前端不断发生的聚变反应施加给棒球本身一个强大的反作用力,使球速减慢,就好比是一枚倒着飞出去的火箭尾部喷射出的气流试图把它往反方向推一般,不幸的是,棒球的速度实在是太快,就连这一系列持续进行的高热原子核能反应爆炸所产生的巨大力量都完全不能让它真的慢下来。不过,效果还是有的:棒球的表面被这些巨大的能量所侵蚀,无数细小的碎屑开始向四周爆裂飞散,而这些碎屑又以极高的速度飞行,当它们与空气中的分子相撞时,又会引发两、三轮的聚变反应。

在大约70纳秒时,棒球飞到了本垒板前。击球者这时甚至还没有看到投手将球投出的那一个瞬间——因为携带着那一影像信息的光本身也几乎是和棒球在同一时刻到达。当然,说“球”已经不太精确,和空气的持续碰撞已经将这枚棒球分离殆尽,如今飞到打者面前的,是一团呈子弹头形状的等离子云(主要成分是碳、氧、氢和氮),以高速不断地在空气中撞出一条聚变反应的道路。首先和打者亲密接触的是那一层X射线外壳,然后在几个纳秒之后,碎屑云团也如约而至。
当云团与击球者接触时,云团的中心部分仍然在以相当高比率的光速在前进,云团首先会碰到球棒,然后打者、本垒板、捕手都将被一齐卷入云团、直撞向他们身后的挡球网,不过等到达那里时,他们也已经全都分崩离析了。由X射线和高热等离子云继续向外和向上扩展延伸,依次将挡球网、双方队员、看台以及附近的住宅区吞噬。这一切,发生在球飞出去后的第一个微秒(百万分之一秒)。

假定你是在球场所在城市市区之外的一个小山丘上观看这一事件,你首先将会看到的是一阵炫目的、远超太阳光芒的亮光,光芒在接下来的几秒钟内逐渐减弱,你将看见一团火球迅速变大并升空成为一团蘑菇云。再然后,在一阵巨响之后,冲击波到达了,沿途的树木房屋无不灰飞烟灭。

在棒球场周围大约一英里的地方,一切都消失了,而在已夷为平地的区域之外,城市被烈焰吞噬。球场成了一个大坑,坑的中心自然就是最初投出球去的地方。

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在仔细研读职业棒球大联盟官方规则之后,根据规则6.08(b)条指出,
在这一情况下应该将此球视为触身球,打者将被保送上一垒。


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TOTAL COMMENTS: 137+1

[3] 2 »
  1. 3285673

    在解决“四个人以0.88倍光速打麻将,其中一个人喊胡了~ 会发生什么”这个问题之前,我们首先要解决一个人喊碰会发生什么

  2. 謎之投手
    @2 years ago
    3067645

    所以投手爲甚麼這麼壞。

  3. 沙漠之狐
    @4 years ago
    2192192

    乃们太不认真了,都保送一垒了,还什么技能牛逼

  4. 沙漠之狐
    @4 years ago
    2192190

    那些说技能牛逼的童鞋,没看到人家说打者被保送一垒吗

  5. 赫赫
    @4 years ago
    2024454

    0.9倍光速携带的动能约合400万吨TNT当量

  6. 1704837

    空气摩擦,球瞬间成灰。

  7. manuqiao
    @5 years ago
    1441543

    @小肥龙 强撸灰飞烟灭

  8. 哈虎
    @5 years ago
    1395965

    文章蛮有趣,不过评论啊~~我只能说嘲笑之前先读懂对方,要不然就是在嘲讽自己了

  9. 小西碧
    @5 years ago
    1380689

    差点错过好故事了……按爪印。

  10. 1370641

    @笑眯眯的狗: 我也想到阿西莫夫的《台球》了。

  11. 1370629

    @Xi:

    你考虑得很周全,在如此高速下,温度其实没有什么意义,关键是原子核碰撞几率。

    不过这么算的话,原作者其实错估结果了。142克棒球,其中有1.6%发生核聚变。每个碳-碳核聚变放出的能量是4.259 MeV,那么总能量只有2.73 GJ,相当于0.65吨的TNT当量。也就是说,爆炸能量也就比一颗1000磅的JDAM航空炸弹稍大点。1000磅的炸弹撑死了炸毁一幢楼房,想制造1英里的无人区还差得远呢。

  12. 鸟生鱼汤
    @5 years ago
    1359577

    那黄金圣斗士呢?闪电光速拳呢?

  13. lefteris
    @5 years ago
    1358391

    思考高速物体带来的质量效应中

  14. aerosenna
    @5 years ago
    1356347

    劳纸每次都是用生命在打球啊!!!!。。。

  15. weather
    @5 years ago
    1356299

    我想到一方通行了

  16. Hajime
    @5 years ago
    1354457

    好冷…

  17. 笑眯眯的狗
    @5 years ago
    1354125

    想起了阿西莫夫的小说《台球》

  18. 1354057

    光速武器威武~~~

  19. 海马区
    @5 years ago
    1353807

    最后一句应该是,投手没打到,捕手没接到,三坏球!三坏球!三坏球!四坏球!出局!

  20. 园丁机器人
    @5 years ago
    1353519

    这个时候也得先找到一垒在哪才行,因为跑垒者必须要战到垒包上!

  21. sanders
    @5 years ago
    1353489

    不过好像质量效应里面就说过 星际战舰的标准火炮就是将几磅质量的炮弹加速到0.9倍光速

  22. sanders
    @5 years ago
    1353473

    圣斗士星矢小宇宙爆发了 没有然后了

  23. 1353453

    @Xi:
    密度小是事实,空气分子来不及流动而在前方堆积也是事实。有没有一种可能——空气分子在球的前方不断堆积,同时棒球也被急剧压缩,使得核聚变的概率大大增加?

  24. 1353433

    @楚门:
    有毛线的压力……还没看到球,他的大脑就变渣渣了

  25. 佛光普照
    @5 years ago
    1353427

    应该是 棒球早已烧毁

  26. 1353327

    @lentrody: 该棒球总质量为0.142kg*2.29=325克

    @james: 温度只是一方面,棒球和空气的密度都太低了几乎不会发生聚变的。以下是非常粗略的估算,不一定很可靠。

    首先假设高速运动的棒球内原子核位置相对固定,途中的空气也保持静止(球速太快来不及流动)

    一般的棒球质量142克左右,大圆周长23厘米。合直径7.32厘米,算得密度约0.7克/立方厘米。对球前进方向最厚的部分(就是直径啦)取1平方厘米计算(相当于在球中心沿前进方向切出一块底面1平方厘米,长7厘米的芯),其质量4.9克。假设其组成完全为碳12,摩尔质量12克,共有碳原子核0.41摩尔,即2.5*10^23个,假设碳原子核的直径可由其质量的立方根乘以质子直径估算,得碳原子核直径2.3飞米,它们的碰撞截面总和=个数*Pi*直径的平方(不是半径,假设氮14核直径类似)=1.6*10^-25平方厘米。和总截面1平方厘米相比数值太小,不用计算核的重叠。

    投手到击球手距离18.39米,前述“芯”在前进过程中遇到1平方厘米*18.39米=0.002立方米的空气。空气密度取标准值约1.3千克每立方米,这些空气质量共计2.4克,假设空气组成完全为氮14,摩尔质量14克,共有1.0*10^23个核。

    聚变发生可以认为是这1.0*10^23个氮核随机扫过“芯”,每个氮核有1.6*10^-25的概率击中一个碳核。则棒球从投出到击中击球手,约有1.6%的概率发生一次核的碰撞。所以发生核聚变的概率非常低。

    @Freeman: 棒球大的地方才400万吨TNT而已。

    棒球尺寸约0.1m,质子尺寸约1fm,线性尺寸差14个数量级,体积差42个数量级,这个小球动能1.03*10^35eV,LHC质子加速到7*10^12eV,所以LHC的质子束对撞能量密度比这个棒球大19个数量级。LHC没产生黑洞。

    棒球总质量325克,这个质量的黑洞史瓦西半径只有4.8*10^-25米,比质子半径还小10个数量级。虽然说这玩意带电什么的不符合史瓦西黑洞的要求,不过它不是黑洞是肯定的。

    我理解煎蛋的读者不是全部都学过普通物理,但是请不要锲而不舍地把这么低的能量水平跟黑洞联系起来。

    不知道写这么多有没有人看……煎蛋日新月异,本帖已经过气了吧。嗯休息完毕继续改学生作业去。

    [82] XX [1] 回复 [0]
  27. 题叶
    @5 years ago
    1353325

    投手能给棒球这么大冲量自己也该飞起来了

  28. 考拉式的小狗
    @5 years ago
    1353317

    朝鲜也别搞什么核试验了,建一个棒球队吧

  29. 1353165

    bilibili

  30. jdfker
    @5 years ago
    1353021

    @james: 神人,收了我吧,给你做奴!

  31. lentrody
    @5 years ago
    1353001

    质量呢?

  32. 小肥龙
    @5 years ago
    1352943

    0.9倍光速的右手撸管,会发生什么?
    0.9倍光速的精液射出去,会发生什么?

  33. 1352931

    KFC大叔就会扔棒球,还扔过俩。

  34. 1352875

    很棒的一篇文章,我就没考虑到0.9倍光速运行的棒球会发生核聚变。粗略地算,以0.9倍光速运行,相当于温度达到123万亿度。而碳燃烧只需要6亿度的高温,氧燃烧是15亿度,最困难的硅燃烧也只需要35亿度,都远远低于棒球的速度,所以核聚变毫无困难。不过温度如此之高,是不是连质子和中子也会被毁灭,棒球以夸克胶囊的形式存在呢?

  35. 苞米粒
    @5 years ago
    1352847

    这个球要么出现在未来要么回到史前时代

  36. Izual_Yang
    @5 years ago
    1352775

    光粒。

  37. 1352731

    下一个问题,四个人以0.88倍光速打麻将,其中一个人喊胡了~ 会发生什么

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