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?


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?


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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 。
如果把人看作一颗原子 , 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:



这是大多数刀口的形状:



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
【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?】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:
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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