水平有限,不过确实听说过一个能够套用的公式,可以脑补一下。
要将一个物体彻底打碎,需要有足够的能量来克服这个物体的“引力结合能”(gravitational binding energy)。换句话说,需要使出足够大的力气,来打破地球内部的全部原子之间的引力束缚状态。
公式是:
引力常数 G 大约是:6.674 * 10^-11 N⋅m^2/kg^2
地球的质量 M 大约是:5.97 * 10^24 kg
地球的半径 R 大约是:6.37 * 10^6 m
所以 U 大约是:2.24 * 10^32 J。这个能量就是一拳将地球打爆所需的能量。当然,反过来,也相当于太阳系形成初期,尘埃结合成地球所释放出的全部热能。
----------
拳头可能需要符合的条件:
已经知道,要打爆地球,拳头需要做的功是:
W = E = U = 2.24 * 10^32 J
E = Fd,F 是力,d 是距离。
F = ma,m 是胳膊的质量,a 是加速度。
假设出拳的初速度是零。
a = v/t,也就是出拳的末速度,除以挥拳的时间。代入上面的公式,因此:F = m * (v/t)。
d = (at^2)/2。
把 a= v/t 也代入到上面的 d 的公式里,可以得到:d = vt/2。
所以,W = E = Fd = [m * (v/t)] * (vt/2) = (mv^2)/2,也就是经典力学中的动能公式。换句话说,拳头需要打出的能量,与手臂的质量 m 和出拳的速度 v 有关。要打出更大的能量,要么增加出拳的速度,要么找一条较重的手臂。
根据这个网页:
http://www. ask.com/science/much-av erage-human-arm-weigh-129336fa4a7d086e,一个人的一只手臂的重量大概是他(她)的体重的 6.5%。成年男性的一条胳膊平均重 12.6555 磅,也就是大概 5.74 kg。
这样看来,根据上面的公式:W = (mv^2)/2,要让一条质量是 5.74 kg 的胳膊,做出 2.24 * 10^32 J 的功,出拳的速度大概应该是:8.83452 * 10^15 m/s。
这个速度远大于光速。鉴于理论上,“相对论”禁止物体被加速到光速,因此人无法以这样快的速度挥出拳头。问题在于,速度足够大的情况下,经典物理的公式也就不能套用了。
对于一个预计会很快的速度,在将物体加速到接近光速的过程中,逐渐提高的加速的难度(质量)不能被忽略,这时应该使用相对论动能的公式:KE = (mc^2) * [1/√(1-v^2/c^2)-1]。通过计算可以得出,如果挥拳的速度 v 非常非常接近光速 c,动能 KE 就可以到达 2.24 * 10^32 J 的要求。
速度越接近光速,向物体添加动量所造成的速度的提升就会越来越小,再继续加速所需的能量就会越来越多,甚至多得离谱,必须拥有足够的能量,才能将手臂加速到非常接近光速,使打碎地球成为可能。
----------
单纯依靠增加手臂的质量来尝试打碎地球,效果并不是非常好。这是因为在公式:W = (mv^2)/2 中,速度会被平方,而质量不会,因此多数情况下,增加质量,会比增加相同的速度所获得的动能少一些。
根据这个网页:
http:// news.bbc.co.uk/2/hi/uk_ news/england/manchester/6228040.stm,世界拳击冠军 Ricky Hatton 打出一拳的平均速度是大概 25 mph,也就是大约 11.176 m/s。鉴于这个速度并不是很高,质量的增加应该不显著,可以试着套用经典物理的公式。
这样一来,根据上面推出来的公式:W = (mv^2)/2,如果以 11.176 m/s 的速度出拳的话,要做出 2.24 * 10^32 J 的功,胳膊的质量大概应该是:3.58678 * 10^30 kg,这远大于地球的质量。
所以现在看来,在理论上,要打碎地球,除非用一条普通的胳膊以十分接近光速(起码大于 0.9999c)的速度出拳,或者以普通的速度挥出一条比地球的质量更大(3.58678 * 10^30 kg)的胳膊(不过几乎都不可行)。
可以参考一下这里:
Gravitational binding energy(Wikipedia 上对于引力结合能的解释,以及公式)。
OBD Wiki - Gravitational Binding Energy(OBD Wiki 上对这个问题的解释)。