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刀能切开纸,是因为刀刃进入了原子的缝隙还是将原子切碎了?

看你切割的速度有多快了。

只需要达到 99.9999%光速,你就可以切开一张纸的所有原子。

以下是探讨和计算过程:

一把刀能打造的极限锋利程度,刀刃宽度约 1μm 左右。

远远超过一颗原子核直径量级的 10 亿倍左右。

如果把人看做一颗原子,这把刀的刃口相当于 100 万公里,接近地月距离的 3 倍。

我们姑且认为,刀刃上的原子撞碎纸张原子,也算是“切”碎。

一张纸主要的材料为纤维素。

化学式为:

v2 dc5e03ab0aff90c7012aee35cff619c6 720w

这是大多数刀口的形状:

v2 048c67d14604868153788863946d4a58 720w

一把刀切过纸面,留下的是一个切口(尖端很小的梯形沟槽),切口中的所有原子被切碎。

构成纤维素的单糖分子大小约 1nm 数量级,那么刀刃最下沿覆盖的最少糖分子为:1000 个。
我们假设划过的是 A4 纸,A4 纸厚 104μm,那么沟槽高度上切碎糖分子为:10.4 万个
看这些刀刃的切斜面,预估切口上沿宽度大约是高度的 1/2,故而上沿切碎糖分子为:5.2 万个
A4 纸宽 21cm,切口长度上覆盖的分子约:2.1 亿个

根据梯形体体积公式,可以求得沟槽摧毁的总糖分子个数为:

5.7876×10^17 个

那么刀切过的分子量约为:

接下来,我们计算,这些原子被全部轰击成质子(或氢原子,电子轨道的能量在核能面前我们忽略不计)需要吸收的热量。

相对原子质量:

C 为 12.0107u
H 为 1.00794u
O 为 15.9994u

一个

的相对原子质量为:

6×12.0107+10×1.00794+5×15.9994=162.1406u

切碎后氢原子总质量增加:

1.00794×162-162.1406=1.14568u (相当于增加了 0.7066%的质量)

已知 1u =1. 6606 ×10^-27kg

那么整张纸切开,凭空增加的总质量为:

1.6606×10^-27×1.14568×5.7876×10^17=1.1×10^-9kg (约 1.1μg)

根据质能方程,得到总共吸收的核能约:

E=mc^2=10^7 J

铁原子撞击过去,其实它也会裂变吸收能量,如果我们假设轰击在碳和氧原子上的每一颗铁原子都会碎为氢原子,再加上额外的能量浪费,所需能量最多再增加一个数量级。

预估为 10^8 J

在高能状态下,原子和原子之间的碰撞概率是极低的。

一般来说,速度越快,散射(碰撞)截面越小。

铁原子的撞击必然是接近光速的,所以我们以尽可能大的速度来考虑。

要让原子核与原子核之间发生直接碰撞,概率大约只有 10 万分之一。

铁的密度大约是纸密度的 8~9 倍,可简算得,轰击在纸张上的铁原子质量大约为:

1.56×10^-12 kg

把洛伦兹因子带入动能公式,易知,近光速时轰击铁原子的动能为:

equation?tex=E%3Dmc%5E2%281%2F%5Csqrt%7B1 v%5E2%2Fc%5E2%7D+ 1%29

把相关数据带入公式,我们便得到了这把刀的速度:

v=0.999999 C

也即 99.9999%光速。

与光速仅仅只差 300m/s。

此时整把刀的动能高达 10^20 J,相当于数千亿 TNT 当量,大约相当于 1 万颗沙皇核弹的总当量。

如此庞大的能量,足以带给局部地球生命带来灭绝性的灾难。

如果挥刀距离足够短,挥舞这把刀的手臂力量可达 10^21 N 的数量级,胳膊内韧带承受的压强至少高达 10^26 Pa。

已知白矮星内部压强也才 10^22 Pa。

那么需要中子星材质强度的胳膊,才能挥舞出如此庞大的力量。

不言而喻,这只有中子星人才能做到。

或许,在中子星人的世界,切割纸张的日常就是在切碎原子。

害,一不小心就发现了题主的小秘密。

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