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Date 2019/05/21 17:11:02
Name norrell
Subject [질문] [물리] 두 물체가 충돌하면 어떻게되는가?
1. 지구만한 질량이고 부피가 축구 경기장 만한 물체가 지구와 충돌하면 지구가 어디까지 파괴되나요? 중력권에 잡히기 전까지 속도는 거의 0에 가까울 정도로 느리다고 가정합니다.
2. 지구만한 질량이고 부피가 축구 경기장 만한 물체가 갑자기 지구표면에 나타나면(속도 0) 이때도 지구가 파괴되나요? 아니면 지구표면-핵을 왕복하다가 중심에서 멈추나요?
3. 지구만한 질량이고 부피기 축구 경기장 만한 물체가 존재할 수 있나요? 부피는 질량 대비 어디까지 작아질 수 있나요?

아시는 분 제발 답변 좀 부탁드립니다. 친구랑 내기해서요. ㅠ

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큐브님
19/05/21 17:21
수정 아이콘
3. 은 중성자별이 있으니 가능할 듯 합니다
스위치 메이커
19/05/21 17:23
수정 아이콘
3.은 가능합니다. 중성자별이라면 말이죠...
몽키매직
19/05/21 17:31
수정 아이콘
지구가 파괴된다는 개념이 인간이 살만한 곳이 없어진다는 개념이면 완파될 거고요, 지구의 형태 보존의 측면에서 보면 파괴되는게 아니라 찌그러져서 두 물체가 붙어버리겠죠... 일단 '지구 파괴' 의 정의를 정확하게 내려주셔야...
19/05/21 18:09
수정 아이콘
지구 파괴는 산산조각 난다. 붙는다. 일부만 부서진다. 이 정도로 나누어 볼 수 있을 것 같습니다
잉여로워
19/05/21 18:44
수정 아이콘
알못이지만 2번은 아마 지구만한질량의 축구경기장이면 밀도가 어마무시하게 크기때문에 강력한 중력을 가져서 지구를 파괴시키지 않을까요?
도라지
19/05/21 19:32
수정 아이콘
질량이 같으면 서로 끌어당기기 때문에 지구가 공전궤도를 이탈할 가능성이 높구요, 그로인한 나비효과가 생길거 같은데 일단 인류는 멸망할겁니다.
지구사랑
19/05/21 19:46
수정 아이콘
잉여로워 님의 대답에 설명을 덧붙이면,
그 물체의 반경을 대략 60 m라고 치면 지구보다 대략 10만 배 작은 크기입니다.
만유인력은 거리의 제곱에 비례하므로 그 물체의 표면에서 느끼는 인력은 지구 중력의 100억 배 입니다.
이 정도면 전형적인 중성자 별보다 조금 약한 정도인데, 부근의 물질이 제 형태를 유지할 수 없을 겁니다.
즉, 압착기로 압착하듯 지구 전체가 그 물체로 빨려들어가 압착될 것 같습니다.
지구사랑
19/05/21 21:14
수정 아이콘
위 설명은 지구 질량의 축구장 크기 물체가 있다고 가정한 상태의 설명이고,
아래 취옹 님의 댓글처럼, 그런 물체가 (안정적으로) 가능하냐는 다른 이야기입니다.
위의 물체는 백색 왜성과 중성자 별 사이의 밀도를 가질 텐데,
단기적으로는 가능할 것도 같지만, 장기적으로는 그렇지 않을 것 같습니다.
일단은 부풀어올라 백색 왜성의 밀도까지 내려갈 것은 확실해 보이는데, 어디서 수렴할지는 모르겠네요.
아무래도 전공하신 분이 등판해야 할 듯.
醉翁之意不在酒
19/05/21 21:43
수정 아이콘
백색왜성도 자신의 무게에 눌려서 유지되는거라 그 압력이 없어지면 다시 일반원자로 돌아가게 되죠.
지구사랑
19/05/21 21:58
수정 아이콘
아마도 그럴 것 같기는 한데, 정확한 것은 계산해 보아야 할 듯 합니다.
스스로 축퇴되는 경우에야 압도적인 무게가 먼저 필요하겠지만,
일단 충분히 압착된 다음이면 (크기가 작아지면 중력이 커지므로)
그 자신의 중력에 의해 혹시 유지될 수 있지 않을까 하는 생각이 들거든요.
예를 들어 지구도 충분히 압착하면 블랙홀이 될 수 있고, 일단 블랙홀이 되면 돌아오지 않죠.
醉翁之意不在酒
19/05/21 22:16
수정 아이콘
어떻게든 형성이 된 다음에 유지가 될수 있는지는 제 지식으론 모르겠네요.
전 그냥 단순하게 백색왜성을 형성하는데에도 최소한의 질량이 있고 지구는 거기에 미치지 못할테니 유지할수 없다고 생각했습니다.
醉翁之意不在酒
19/05/21 19:47
수정 아이콘
(수정됨) 일단 학생때는 이공계였지만 현재는 평범한 무역회사에서 일하고있는 1인이고 물리학전공도 아닌지라 자신이 있는건 아니지만 답변해보자면:
1. 지구의 인력에 끌려서 지구2가 왔다라고 하니까 대충 지구에서 제2우주속도로 발사됐다가 다시 떨어진거로 볼수있으니 제2우주속도로 충돌하게 되겠죠. 제2우주속도가 11km/s이고 지구의 직경이 한 12500킬로미터 정도인데, 공룡을 멸종시켰던 운석이 직경 10킬로에 40km/s의 속도로 충돌했다고 기억하는데. 밀도가 비슷하다고 볼때, 운동에너지는 mv(2)니까 부피는 대충 지구2가 운석의 10(9)배이고 속도는 지구2가 운석의 1/16인데 대충 계산해도 60000000배라는 말이 되죠. 운석의 에너지가 지구인 모든사람앞에 히로시마 원자폭탄 하나씩 터뜨리는 정도고 생명의 75%가 없어졌으니 그 60000000배면 글쎄요. 생명이 다 죽는건 당연하고 그냥 지구1, 2 모두 용융상태가 돼서 산산조각이 났다가 다시 지구3으로 뭉치겠죠. 실제로 원시지구와 화성만한 원시행성 테아가 충돌해서 현재의 지구와 달이 생긴것처럼 운이 좋으면 달2가 생길지도요. 물론 지구2가 끌려오는 사이에 지구1은 움직이고 있으니 대충 상상이지만 충돌을 피하고 빗겨나갈거 같긴 하지만 말입니다.

2. 지구만한 질량에 축구장만한 크기(축지구장이라고 칭하죠)면 엄청 밀도가 높은데 중성자별의 밀도를 검색해보니 지구만한 천체가 중성자별이 되려면 직경이 22미터라네요. 그러니까 축지구장은 중성자별의 밀도에는 못 미치지만 그래도 그런 물체가 지구표면에 생기면 당연히 지구를 뚫고 핵으로 돌진할테고 왕복운동을 하겠죠. 그러나 결국 마찰로 인해 엄청난 열이 발생하고 그것때문에 지구1은 또다시 융용상태가 돼서 축지구장도 결국 지구의 중심에 멈추고 결국 지구2가 되겠죠.

3. 질량대비 부피 그러니까 밀도는 무한대까지 커질수있죠. 그게 블랙홀이기도 하구요. 그런데 축지구장이 존재할수있냐는 아니오 일겁니다. 위에서 얘기했듯이 축지구장의 밀도는 중성자별에는 못 미치지만 아마도 백색왜성보다는 클거 같은데 문제는 중성자별이나 백색외성은 자신의 엄청난 무게에 눌려서 초고밀도를 유지하는데 그 말인즉슨 최소질량이 필요하다는 말이죠. 축지구장의 질량으로는 중성자별정도로 자신을 짓누를수없기때문에 중성자별에서 대충 축지구장만한 조각을 떼여내도 압력이 없어지므로 금새 다시 일반 물질로 돌아올거 같습니다. 가장 작은 백색왜성도 지구질량의 수십만배는 될테니 축지구장은 존재할수 없다고 생각됩니다.
19/05/21 23:30
수정 아이콘
답변 감사합니다. 추가로 좀 여쭤봐도 될까요?
1. 1번도 2번처럼 축지구장인데요. 운동에너지는 똑같을거 같은데 지구에 충돌했을 때 어떤 일이 발생하나요? 부딪히고 국소적으로만 피해 받는지, 지구가 뚫리는지, 부딪혔을 때 충격파가 사방으로 가는지, 부딪히는 순간 지구가 조각나는지 어떤 일이 벌어지는지 궁금합니다.
3. 초고밀도를 유지 못하게 반발하는 힘이 뭔가요? 원자간의 전자기력인가요?
醉翁之意不在酒
19/05/21 23:56
수정 아이콘
(수정됨) 1. 저 정도의 에너지면 이미 크기는 중요하지 않을거 같습니다. 충돌하는 순간 고온으로 액체상태가 될것이고 증발해버리는 것들도 많을것이고 한마디로 그냥 산산조각이 났다가 다시 뭉치겠죠. 물론 지구2와 축지구장의 경우 그 산산조각이 나는 프로세스가 좀 다를수는 있겠죠. 한번에 꽝이냐 여러번에 걸쳐서 꽝이냐처럼 말이죠. 더 작을 경우는 그냥 관통할수도 있겠구요. 관통을 한다고 해도 그 사이에 발생한 열에 의해 지구는 용암덩어리가 될거 같습니다. 더 작아져서 지구질량의 블랙홀이라면 관통하는 과정에 엄청난 질량을 빨아들일것이고 그 과정에서 또 엄청난 열과 에너지를 방출할테니지구1은 어찌됐건 용암덩어리가 되겠죠.
3. 아주 대충 얘기해서 일반적인 물질이 일정 밀도를 유지하는건 원자들이 더 이상 가까워 지지 못하기 때문인데, 왜 가까워지지 못하냐면 원자핵 주위를 돌고있는 전자들이 자신들의 공간을 지키기 때문 즉 전자기력이죠. 태양같은 항성이 그 크기를 유지하는건 물질들이 항성의 중심으로 떨어지려고 하는 중력과 항성내부에서 핵융합으로 인해 발생하는 에너지가 밖으로 미는 힘이 평형이 돼서구요. 그런데 항성들이 내부의 핵연료를 소진했을때 더이상 내미는 힘이 없어지니 물질들이 중심으로 떨어지게 되는데 중력이 엄청 커서 전자기력을 억누르고 원자들을 압축하게 되는데 어느정도가 되면 전자축퇴압이 그러니까 모든 전자들이 자신들이 최소한 필요한 공간을 차지하고 더이상의 압축을 막아주고 이래서 형성된게 백색왜성이고, 항성의 질량이 엄청 크면 심지어 이 전자축퇴압보다도 중력이 더 커지고 그러면 결국 전자들이 양성자안에 밀려들어가서 양성자가 중성자로 변해서 별 전체가 중성자로 구성된 중성자별이 되는거구요. 전자가 차지하고있던 공간(대충 일반적인 원자가 빌딩이라면 원자핵은 탁구공정도?)이 없어지고 중성자들이 빼곡하게 뭉쳤으니 초고밀도가 되는거죠.
이 다음부터는 그냥 아무런 근거도 없는 제 생각인데 중성자별을 한 스푼 떠다가 지구에 가져오면 원래 있던 압력이 없어져서 결국 중성자들이 다시 전자를 방출해서 양성자가 되고 백색왜성의 상태로 돌아가고 심지어는 백색왜성도 다시 일반적인 물질상태로 돌아가지않나라는겁니다. 물론 축지구장정도의 질량일때 백색왜성의 상태를 유지할수 있는지 없는지는 전공자들이 계산기 좀 두드려보면 알수있을거구요.
19/05/22 00:00
수정 아이콘
친절한 답변 감사합니다.
그럼 블랙홀은 중성자도 유지되지 못하고 붕괴되나요? 중성자가 붕괴되면 뭘로 되나요?
醉翁之意不在酒
19/05/22 00:02
수정 아이콘
그냥 체적은 0이고 밀도는 무한대인 블랙홀이 된다인걸로..... 그 시점에서 블랙홀 안쪽? (만약 안쪽이 있다면)에선, 우리가 알고있는 물리법칙은 성립이 되지 않으니 어떤 상태인지는 알수가 없겠죠.
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