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日常经验告诉我们,推动棍子的一端,另一端马上就会动,事实上这一过程中,也有时间延迟,并非瞬间完成,只是传递的时间太短,导致人们感觉不到,那么,人类可以用一根棍子实现超光速吗?生活中,我们司空见惯的一个现象,也就是只要一用力马上就会见到结果,例如,扔一块石块,挥舞一下棍子等,于是就有了一种错觉,误以为力不需要耗费时间,产生这样的结论,主要是因为我们对力的传播还不太了解。
要知道,在这个世界上,力的传播存在速度这一概念,传播速度最快的力是电磁力和引力,它们的传播速度均等于光速,并且可以在真空条件下传播,试想一下,有什么力的传播还能快过引力?毕竟引力不需要介质,它可以在真空中传播,反观问题中推动棍子的力量传递,就是人们称为的机械波,机械波的传递速度远没有光速快,最多只有几千米每秒,与光速30万公里每秒的速度相差甚远,比如,铁介质的机械波传递速度为4900米每秒,正因这种速度在人类日常生活中显得十分迅速,才让人们感到这种现象是瞬间传递。
首先我们要理清一个概念,即物体的速度和长度没有关系,它只和物体的位移和时间有关,所以即便是30万公里的棍子在一瞬间,整体迁移了一点距离,它和一个1米长的棍子,在同样的时间移动同样的距离的速度仍然是相同的,用棍子的位移除以它的移动时间,你就会发现,这样的速度远不及光速。
由此可得,其它任何形态的力,只要需要用物质来传递,它就一定不可能达到光速,比如,声波,这种力在空气中的传播速度约为每秒340米,钢铁对力的传播速度约为每秒5000米,这意味着,一根5000米长的钢材,在一端施加的力,一秒后才能到达另一端,一个光年直径的齿轮,其长度就是光在一年时间里走过的距离,大约是9万4千亿千米,以钢铁对力的传播速度来算,约需52000万小时,也就是说,将近60000年后,另一端才会有响应,
由此看来,别说推动一根一光年的棍子,就是推动一个微小的原子,也不可能达到或超越光速,因为速度越高,质量就会越大,光速意味着它需要无穷大的能量,从这一点上来看,这是不可能完成的,毕竟这根棍子不是绝对刚体,当然现实生活中,也不存在绝对刚体。
如果说,在一端推动这根棍子向前行进了10cm,假设棍子是刚体,理论上来说,1万光年外的另一端也会移动了10cm,似乎棍子的移动速度并没有多么大,倘若将推动棍子设定为超光速后,这代表它瞬时就到了一万光年之外,顺带一提所谓的刚体是指,在运动中和受力作用后,形状和大小不变,而且内部各点的相对位置不变的物体,绝对刚体只是一种理想模型,实际情况中无法存在,因为任何物体在受力作用后,都会或多或少地变形,如果变形的程度,
相对于物体本身几何尺寸来说极为微小,在研究物体运动时,变形就可以忽略不计,刚体的特点表现在以下两个方面,其一是刚体上任意两点的连线,在平动中是平行且相等的,平动也就是平行移动,是机械运动的一种特殊形式,也是刚体的一种最基本的运动,再者是,刚体上任意质元的位置矢量不同,相差一恒矢量,但各质元的位移、速度和加速度却相同,因此,人们常用“刚体的质心”来研究刚体的平动。
其实,一旦上升到亚光速或是光速世界,描述物体运动法则和信息传递的方式就需要用到相对论,而牛顿的经典力学也就不再适用,而前文中,提出的问题的本质就在于对相对论的认知和理解程度,值得注意的是,相对论中并没有禁止超越光速,只是表明“任何携带能量或者信息的物质都无法超越光速”,光速不可超越,这一理论源于爱因斯坦的广义相对论,而广义相对论又与量子力学一起并称为现代物理学的两大支柱,不可否认,广义相对论并不完美,也不能称为宇宙的最终理论,同时人类又必须要承认,广义相对论可以给迄今为止,所有的宏观现象一个无懈可击的解释。
可以说,广义相对论是一个严密的逻辑链,在这个逻辑链中,不允许任何一个结论被推翻,而量子纠缠正因不存在信息传输的过程,所以它没有受到相对论光速极限限制,由此可得,世界上存在超光速的现象,但传递不了任何物质、能量和信息,
举个例子,如果全宇宙存在一个对好时间的表,你只用看着自己的手表,就能知道全宇宙任意一点进入了某一时刻,再比如说,快速转动激光笔一周,如此一来,光子就会向四面八方360度的方向发射一颗光子,光子会在远处形成圆形光线,由于角速度相同,半径越大的情况下,线速度越快,倘若半径足够大,线速度就达到了超光速,其实答案已经很明显了,是激光向每一个方向发射一颗光子,
是的,光子形成一个大圆周的过程,可以超过光束,如1秒钟形成了一个周长为50万公里的大圆圈,可这是由无数个光子一个挨着一个后形成,该实验中,并没有某个光子围着圆周转了一圈,而后,多次科学实验,证明了一个无法超越的事实,即当前没有什么物体速度能够比真空光速更快。
无论科学家如何努力,速度最多只能接近光速,但始终没办法超越,光速似乎是一切速度的上限,如同绝对零度273.15摄氏度,没有比这更低的温度,所以,当30万公里长,巨大的铁棍在作圆周运动时,无论人类在一端施加多大力,另一端的线速度都不可能超过光速,最多可以接近光速,这是因为当另一端线速度接近光速之际,角速度自然而然就会被限制。
人类真的可以实现超光速吗?科学家:一根棍子就可以做到!
未来是可以实现超光速的,科技总会发达的,不过根据我们目前现有的科技来看,这种超光速可能会在几亿年之后出现吧。
目前来说还无法实现,即便实现也只能接近光速。因为在绝对零度下,没有比这个更低的温度,无论施加多大的力,也都会受到角速度的自然限制,所以最多只能接近光速。
估计是可以实现,但是会很难,至少要几个世纪才可以实现这一壮举。
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