自爱因斯坦的相对论发表以来，极大的改变了人类对于物理学的认知。在过去，人们把牛顿的经典物理学当作自然现象的铁则。但渐渐人们发现，牛顿的经典物理学在微观世界行不太通。

爱因斯坦的时空论一出，引起了人们的激烈的讨论和遐想。时空是可以受引力影响的，而我们的宇宙中一定会存在由引力而扭曲改变的平行宇宙，甚至于五维空间、六维空间更高维度空间的存在。人类的眼睛只能接受几何三维及其更低维度的图像的，让人类理解更高维度的世界未免有一点强人所难，事实上，历史上目前也就只有一个爱因斯坦。

在爱因斯坦的相对论中，有一个特别有意思的点，光速是一定的，而当一个物体的速度等于光速的时候，这个物体所处的时空将会停滞。有人因此提出了一个问题，如果一根针的速度等于光速，它向地球撞击，地球会怎么样？地球是否会因此消失？还是说达到光速的针在它所处的时空中停滞了，根本无法撞击到地球，地球最后毫无反应？

相对论中的静质量和动质量

要说明这个问题，得先解释相对论中的静质量和动质量。静质量简单来说，就是一个物体，相对于你选取的参照系中静止状态时所拥有的质量。在牛顿的经典物理中，很多对于物体质量的用法就是这样。

在牛顿的假设中，“质量是物体惯性大小的量度”，所以这里的静质量，概念有点像物理学中的标量。即所选择的物理量与空间取向无关。在狭义相对论中，静质量就是原始物体表示存在的质量m0。

动质量简单来说就是运动质量m，是物体相较于所选择的参照系中处运动状态时所拥有的的质量。在相对论中的质能转换公式E = mc 中，可以知道，物体相较于一个参考系静止时仍然有能量，这违背了牛顿的物理系统，因此动质量应运而生。

在爱因斯坦的相对论中，有着静质量和动质量的转化公式m=m0/根号（1-v*v/(c*c))。我们可以看到，当一个物体的速度越快，它肯定是有一个持续的加速度的，而这时的静质量没有改变。

但是，根据动质量定义式，速度越大，动质量就会趋近无限大了，并且物体的速度如果超过了光速，那么它的动质量就会变成虚数，超出了实数范围。因此拥有静质量的物体不可能超过光速。

从相对论中的质能转换公式E = mc 中我们也可以得知，当物体的速度趋近光速的时候，它的动质量趋近无限大，而总能E也是趋近无限大，宇宙中至今也没有找到某个能产生无限大的能量E可以让有静质量的物体达到光速。除非宇宙真的存在天文学中的假想物质。

因此，别说一根针了，任何拥有静质量的物体都不能达到光速。拥有静质量的物体达到光速这个命题从物理学上来讲是一个谬论。根本不可能出现一根针达到光速然后撞击地球这种事情。

至于现在为何静质量和动质量提及得很少了，是因为在物理学上基本已无这种说法，在近代文献中只保留一个质量，所以没必要再给相对于参考系静止的物体质量前冠以“静”字。

在爱因斯坦相对论中的动质量其实就是现在物理学中所说的总能，爱因斯坦本人也说，除了动质量公式中需要用到动、静质量，再次之外动、静质量概念并无益处。

接近光速的针

这个“一根针以光速撞击地球”的前提应该改为“一根针以无限接近光速的速度撞击地球”，这样至少能通过数学公式将这其中产生的能量给计算出来。

我们以一根长5厘米，粗一厘米的铁针做计算。这个铁针的质量约为0.3克，根据动质量公式，当这根针的速度无限接近光速的时候，它产生的动能约为1.64×10^14 J。这个能量有多大呢？相当于3.9万吨的tnt炸弹同时爆炸，如果用核弹换算，这么大的能量等于在地球炸了两颗核弹，可以直接把日本击沉到海底，当时“小男孩”和“胖子”联手没有完成的事，一根小小的速度接近光速的针就可做到。

但从公式上计算没有考虑到真实的情况，你可能会有别的想法。这根针会不会像穿过纸一样，从地球中穿过去，地球最终毫发无损？这种情况是不会发生的。

在温度过高时，物质中的粒子和分子会产生聚变，进而迸发出超高的热量和能量。太阳就是这样一个情况，在太阳上，每一秒钟都有无数的氢离子发生聚变反应，反应产生的能量相当于在太阳上处处都丢下颗核弹。

因此，当接近光速的铁原子撞击到地球时，与大气层接触的时候，氦、氧元素发生聚变，聚变反应产生的巨大热量让铁原子直接等离子体化，根本不存在穿过地球的情况，而是直接在空中爆炸，在大气层附近产生巨大的冲击波。

从微观的角度看结果

换个角度看，假如这根接近光速的针，它不是铁针呢？它是由质量为0.3克，可密度调整为能够穿过地球的物质构成的呢？在这种情况下，这根针能否穿过地球？它穿过地球时又会发生什么呢？要回答这个问题，我们要先从微观的角度来看待这件事。

地球由各式各样的原子构成，如果不把针的构成元素看作铁原子，而是密度可以无限增加的特殊原子的话，为了理解方便，我们可以假设它和地球都由同一的原子X构成。

在原子X以接近光速的速度碰撞另一个原子X时，发生了以下的三个过程。在原子X中高速运动的电子和电子碰撞了，电子与原子核发生碰撞，两个原子的原子核发生碰撞。

在正负电子对撞的时候，正负电子会泯灭成没有静质量的光子，但两个原子X的碰撞和正负电极的对撞有所不同，如果原子X中的电子泯灭成了光子，那碰撞过程中的电荷不守恒，所以不会出现电子泯灭成光子的现象。

那两个电子直接碰撞会发生什么呢？当原子X碰撞时，其中的一个原子X中的电子将会把另一个原子X中的电子撞飞，根据量子电动力学的公式计算，当一个电子拥有超高的能量，它在对撞另一个电子时基本不会发生散射现象。这使得组成地球的原子X中的电子会脱离原子核的束缚，从而电离化，失去它本来有的化学性质。

第二阶段，电子直击原子核。因为原子X是在以接近光速的情况下移动的，它自身所含的能量巨大，原子X的电子可以轻松穿过电子云直击原子核。在这种情况下，电子直击原子核内部，与组成原子核的夸克相互作用。因为电子能量过于庞大，电子在撞击原子核时不会发生偏移反应，具有强大能量的电子会直接把原子核击碎，使其泯灭。

第三阶段是原子核的对撞，假如原子核没有因电子而被击的泯灭，这时质量远大于电子的两个原子核就会撞在一起。根据美国的布鲁克海文国家实验室以及欧洲核子中心对重离子对撞的结果显示，当原子核的能量够高时，它们不会撞在一起，反而是穿越过去。

回到刚才针和地球的问题上来，地球的表面密度是大气密度的5000倍，如果这根接近光速的针真的想要穿过地球的话，它的密度至少要超过1.73x10^8千克每立方米，而这种情况下，其密度相当于宇宙中的白矮星。尽管如此，当这根针穿过地球之后，地球也不会毫发无损，而是在微观上彻底失去它的化学性质。当这根针穿过地球后，地球会因此泯灭。

你可能又要问了，如果这时针的密度已相当于白矮星，那它穿过地球的时候，会不会因此而去到和地球所处不同的更高维度，地球因此而免于毁灭一难？即这根针在穿越地球时产生了黑洞。

这根密度等同于白矮星，速度接近光速的针在穿越地球时，并不会产生及黑洞。从爱因斯坦的相对论看，黑洞是由于自身重力作用下，产生一种惊人的引力，能够吸收四周的光线和任何物质。而针的质量只有0.3g，它产生的巨大能量更是因为其接近于光速的超高速产生的。

所以，当针与地球碰撞时，它的能量会沉积在地球里。针的速度和光速越接近，碰撞所产生的的能量越大，从微观的角度看，电子和电子的对撞将更不容易会发生偏移，而是泯灭解体。而能量越大，解体得也会越小。

这时，能量会逐渐降低——正负电子开始碰撞，泯灭成光子。这些光子会随着巨大的能量向太阳系散射。光子是没有静质量的，虽然它有很高的能量，却不能因而产生足够大的引力来扭曲时空。因此，当针穿过地球时，无论如何也不能形成黑洞。

结语

思考一根针以接近光速撞击地球，地球会发生什么，这是一件体现人类求知欲的事情。如果我们爱因斯坦还没有出生，人类还是以牛顿的那一套物理学体系来思考这个问题的话，或许真的会造成人的恐慌。不过我们现在已经有了相对论这一武器，就可以知道“一根针以光速运动”本就是一个假命题。

随着人类航天领域的不断发展，我们将从宇宙中得知更多我们所不知道的知识，或许在未来，地球上会再次出现一个爱因斯坦，它的物理理论将会验证在一定条件下，拥有质量的物体可以达到光速，在那时，我们就可以真正知道爱因斯坦所说的相对论和时空论是否是正确的。