光速で分子レベルの物体に衝突したら？

質問

光速かそれに近い速度で、分子レベルの質量に衝突した場合、
どの程度のエネルギーを受けますか？

回答No.2

photocata

どこまでご理解か分からないため、初めからご説明します。

アインシュタインの相対性理論はご存知でしょう。これは、光速に近い速度で物体が動くと、質量が増加するということを述べています。
あくまでも光速に近い速度であって、決して光速に到達するもしくは光速を超えることは出来ません。
(予断ですが、では何故光は光速なのかといいますと、光には質量が存在しないからです。)
ここで重要なのは、光速に近いにしても「どれだけ近いのか」という事が鍵となります。
下のリンク先に相対論効果を加味した場合の(慣性)質量を計算してくれるライブラリが在りますので、実際に値を入力してみてください。

お気づきになるかと思いますが、殆ど光と同じ速度を入力しても、あまり(慣性)質量は増加しないことが分かります。
例えば我々の感覚からしたらもはや光速じゃんという299792km/sという値を入力しても質量は572倍にしかなりません。
ちなみに、相対論的には分子が光速に近い速度で静止している宇宙船に衝突することも、光速に近い速度で運動している
宇宙船に静止している分子が衝突することも変わりません。あなたが壁に走って衝突することも、動く壁があなたに向かい
押し寄せてくることも全く同じなのです。試しに大気圏にある酸素分子を考えてみます。これの質量は微々たる物で、
1分子あたり約53×10^-20kg程になります。先ほどの572倍という数字を使えば、(慣性)質量は約30×10^-19kgです。
桁が僅か1つ変わっただけです。この時、運動する物体のエネルギーは0.5×Mv^2で与えられるのでこの式に代入すると
約0.14J程度となります。
エアガンのBB弾のエネルギーが1J以下であることから、以下に弱い力かお分かりでしょうか？
もっとも、限りなく光速(例えば99.999999996%など)になれば話は別で、これはまた考え直さなければいけません。
この場合は質量の増加分が効いてきて、たった分子1つで3000Jとかになります。機関銃の玉並みの威力です。
まぁ、このスピードを出せる宇宙船ならその程度なんてことはなさそうですが…

ちなみに、光速で動かなくとも分子との衝突は十分問題になっているんですよ。例えば、スペースシャトルの外壁が
タイルで覆われているのは、地球帰還時に大気との摩擦で1000度にもなるためです。
分子1つでは全く問題にならなかったことが、大気という無限にも思える量の分子中では、人命をも大きく左右するのです。
ちなみに、光速に近い所か、光速の僅か0.1％ですら大気圏に突っ込もうものなら一発でおじゃんでしょう。

参考URL：

http://keisan.casio.jp/has10/SpecExec.cgi?id=system%2f2006%2f1163999167

回答No.1

sanori

光速かそれに近い速度の何ですか？
（分子レベルのものに衝突するものとは何ですか？）

補足

「宇宙人は必ず居る」と、よく言われます。　けど、どうやって地球にやってくるのでしょう。
光速に近い速度で進む宇宙船なんて、分子１つに当たれば木っ端微塵だと思うのですが・・・・

この場合、「宇宙船」です。
ではその質量は？といわれましても具体的な数値は示しようがありません。
（まあ、スペースシャトル程度か、大きいとしてもその数倍重い程度でしょう）