力的传播速度比光速快吗?

迪斯哥

答:力的传播速度,等于真空中的光速。


在经典力学里面,万有引力的传播速度,被认为是瞬时,这点一直让科学家们困惑不已,因为瞬时的超距作用是不可思议的。



到了1905年,爱因斯坦提出狭义相对论,指出宇宙中有效信息传递的最高速度,就是光速,也暗示着万有引力不可能是瞬时的。


直到1915年,爱因斯坦提出广义相对论,建立了新的引力理论,把万有引力描述为空间弯曲的结果,并给出引力的传播速度为光速。



一直到100多年后的2017年,天文学上发现双中子星合并事件,证实了引力波的速度为光速,也间接证实了引力的传播速度为光速。


对于电磁力,满足麦克斯韦方程组,方程组已经给出了电磁力的传播速度是光速。



而短程力弱相互作用和强相互作用,因为影响尺度很小,考虑传播速度意义不大。

所以,力的传播速度不会比光快。



艾伯史密斯

我曾经在2001年看过一本加拿大人写的书,这个加拿大人是一个工程师,业余喜欢钻研宇宙学,有自己独特的理论,也就是俗称的"民科"。他写的书的名字叫做《终极理论——反思我们的科学遗产》。他在书中提出,宇宙大爆炸理论是错误的,万有引力也是不存在的。他指出,假设一个人在飞机上往地面上跳,人和地面最终会接触,之所以会发生接触,不是因为地面的万有引力把人吸引过去,而是因为人和地面都在膨胀。由于膨胀,人和地面就会最终发生接触。他计算了一下,提出,世界上所有的原子都在膨胀,每时每刻都在膨胀,平均每秒钟要膨胀自己原先尺寸的一百万分之一。

宇宙大爆炸学说认为,是宇宙空间在膨胀,而天体在互相远离,这种天体本身是不膨胀,膨胀的是空间。这个加拿大人认为,宇宙大爆炸的说法是错误的,膨胀的不是空间,而是物质本身。比如,鲁迅向崔永元脸上打出一拳,这个拳头之所以落在崔永元脸上,是因为鲁迅的拳头和崔永元的脸的尺寸同时发生了膨胀,因为膨胀,所以鲁迅的拳头和崔永元的脸之间的空间距离发生了缩短,并且最终碰撞到一起。


(是拳头本身在膨胀吗?)

这个加拿大人为了否则万有引力,提出一个疑问,或者叫做物理学上的"漏洞"。他说:

太阳如果突然不存在了,太阳的引力就会消失,地球上的人应该马上就知道这股力没有了。但是,地球上的人必须8分钟后才知道太阳不见了,因为太阳光传递到地球需要8分钟。

加拿大人就说,这证明了万有引力比光速要快,而这种结果就打破了爱因斯坦的相对论。

这本书是90年代出版的,那时候,还不确凿的知道万有引力的速度是不是可以超过光速。之后,科学家们通过天文观测,证明了万有引力的速度就等于光速,这样就推翻了这个加拿大人的假设。万有引力也要传递信息,而信息传递的上限就是光速。


怀疑探索者

这是个深邃的疑问,类似于爱因斯坦挑战牛顿万有引力时的心理思维。做学问提出问题比找出问题的答案更重要——

牛顿定律成功地解读了很多基本的天体运行模式,也无法解释其它不少天体现象,如所谓太阳和地球的“心灵感应”问题和地球表面的潮汐现象。据说,爱因斯坦做过如此设想:想象你是地球,如果太阳瞬间消失的话,你会如何反应?由于光速为宇宙间最快的信息传递速度,太阳光线需要传输大约8分钟到达地球。换句话说,太阳瞬间消失,你是马上飞出太阳系,因为瞬间失去了太阳对你的引力,还是等8分钟“意识到”太阳不见了,才飞出去?显然牛顿定律对此解释不了,因为引力间的作用被认为是无间断的。牛顿定律也解释不了潮汐现象,因为所有天体包括地球在引力计算公式内是按一个点来算的。

爱因斯坦具有非凡的空间想象力,他设想自己是个跟地球一般大的巨人,双臂水平伸展而出,手提着两个重物,地球就好像被踩在脚下的一个篮球。于是,两臂组成的一条直线与两个重物跟地球之间的两条引力线形成了一个三角形。当巨人开始收缩一直恢复到相对地球而言正常的形体尺寸时,那个三角形也随之缩小,且形状也随之变向矩形直到两条引力线变回两条平行线。爱因斯坦灵机一动,于是就意识到万有引力不仅仅是个力的问题,分明也是个几何问题。当然,地球不是平面而是个凸面,这便是曲面几何了。他于是去问他的数学同行,“有没有这样的几何?”答曰,“有。”实际上,高斯等几位数学家在比当时早半个多世纪前已发明了曲面几何,只是从未有过科学应用。爱因斯坦于是从头开始学习曲面几何,不久便创建了著名的相对论。

如何简单地描绘相对论?天体物理学家Wheeler只用了两句话,“天体让空间怎么弯;空间让天体怎么走。”相对论被认为既是科学,也是艺术。也就是说,天体如太阳由于自身的引力场使周围的空间变弯曲了,就好像一个保龄球坐上一个蹦床,压陷了蹦床的表面一样;当另一个天体如地球走进太阳的引力场时,弯曲的空间指定地球按照曲面而运行,就像在塌陷的床面上滑行玻璃球,玻璃球沿着曲线或弧线而非直线而运行一样。有兴趣的读者可以上网搜看有关讲解相对论的科普视频。

相对论的简单故事说明了辩证思维完全可以应用于自然科学的研究。简而言之,辩证就是改变前提的逻辑。空间由平面变成曲面,引力变成几何。善于改变前提,辩证思维需要有清晰的整体观和事物因素元素间的关系。上述故事实为广义相对论,事实上,爱因斯坦在之前的狭义相对论中也成功地运用了辩证思维。不管是光源在相对静止还是在移动的情况下,真空中所测到的光速均为一个常数。如此现象如何作解?爱因斯坦的天才解读为:光速不变时间变了、光速不变测光速的“尺子”长度变了。乍听起来不可思议,然而却是后来实验论证的事实。

在牛顿定律的基础上,爱因斯坦以辩证思维、协调因素间的关系创建了更胜一筹的相对论。然而,超自然的数学理论只能解读有限的天体运动,很多现象的解释只能靠想象来弥补。无论是牛顿定律还是相对论,毕竟还是理论,可以计算两个天体的运行关系和太阳系的运行模式,却无法计算三个天体或三个以上天体的运行关系,它们也无法解释星际运行的模式。

众所周知,太阳系所有的行星围绕太阳周转,整个太阳系犹如一个旋转的碟盘或扁平的陀螺。由于所受引力的差异,离太阳距离近、受引力较大的行星转得较快,离太阳远、受引力较小的转得相对较慢。如果把这个天体运行模式放大沿用到银河系又怎样,是不是离银河系中心黑洞较近的星系转得较快、离银河系中心较远的星系转得较慢呢?天体观察结果并非如此,也就是说,离银河系中心较近的星系与离中心较远的星系(以线速度计)转得一样快!对此我们该如何解释呢?大概只有两种推理:要么牛顿定律、相对论无法解读星际运行;要么数学理论没错,而是天体空间存在无法观察到(也就无法实际计算)的天体物质,这便是暗物质假设的由来。什么叫暗物质?就是看不见、摸不着,任何仪器测不到的天体。你相信吗?天体物理学的假设有时奇妙、有时虚幻,科学可以做到神学的境界。如何解读星际运动不符合牛顿定律和相对论,还需有进一步的整体观、考虑因素间的关系辩证。

从牛顿到爱因斯坦,几何空间从平面变为曲面,时间关系也从绝对成为相对。在相对论中,空间和时间变成了一个整体的概念——时空。科学发展的背后隐藏了思维的演变,即辩证对逻辑的弥补。逻辑思维侧重对因素的分割、分析,辩证思维则考虑因素间的关系及其变化,两种思维相辅相成有利于进一步成就对事物全面的整体观。(选自未发表论文《中西思维比较:自然的关系与超自然的理念》的一节)


Lauzi

(话题影子:力的传播速度比光速快吗?)有新的重大发现

信息源:悟空问答

力的传播速度大小取决于初始发力速度和传播介质的密度与硬度。

1、当初始发力速度小于光速时,它的传播速度就小于光速!

2、当初始发力速度等于光速时,它的传播速度是否能够达到光速就要看“介质”的密度与软硬程度;当密度极大时、硬度极大时,力的传播速度就可能等于光速;反之则小于光速!

3、当初始发力速度大于(远大于)光速时,传播介质密度、硬度达到一定程度,那么力量的传播速度就会大于光速!

例如说:

1、人类出拳速度只有那么快,这时候你能拿力的传播速度和光速比较吗?

2、当恒星爆炸的时候,它所产生的冲击波在一定范围内,实际上是和光同步传递到周边物体上的!

3、运动速度超光速(地球上测得的基本光速)的物体,其力量的传递如果低于光束那么,其发光物体就将分崩解析!

注明:引力不能计算在内,因为它在我们接触之前就已经产生了,目前我还没想的什么好的方法测量“引力”速度。这就好比,太阳光一直照射着太阳系,如果不知道、不了解光速,那么我们是否也要以为“光”是瞬间到达地球的,但是由于我们获知了光速的测量方法,所以才知道“太阳光”其实是经历了“几分钟”才到达目的地“地球”的——“引力”也是同样的道理。

新的重大发现:(推测注明:现在科学认为“太阳光是经历了“8”分多钟才到达地球的,我认为这个时间有误,因为在太阳内部的强大外压环境下,光速因该不止基本光速“30万千米/秒;而是应该大于这个速度!只是离开了太阳内压环境,自身反应强度也减弱了,所以速度才降下来的!——也就是说,如果太阳与地球的距离是按照“光速的基本速度计算”来获得的距离数值,那么这个数值一定有误,实际距离将小于现有数据距离【因为初始光速大于后期速度】。当然这一思路、计算方式不实用于排在地球后面的星球,简单来说就是地球后面的星球如果按照基本光速来计算距离因该是没有错误的、或者说误差值极小。

……

2018、4、7


自然科学理论研究者


通常我们都认为力的传递是通过原子间的斥力或者引力来达成的,也就相当于通过场来传递,而场的传递速度等同光速,所以三种基本力:引力、电磁力、强相互作用力的传递速度均为光速。


其中引力是第一种被科学家所了解的力,1655年,艾萨克· 牛顿认为将苹果拉向地面的力与使月球绕着地球公转的力是同一种力,并命名为引力,于1687年在《自然哲学的数学原理》上发表了引力定律,牛顿的万有引力定律表示如下:


任意两个质点有通过连心线方向上的力相互吸引。该引力大小与它们质量的乘积成正比与它们距离的平方成反比,与两物体的化学组成和其间介质种类无关。

而在爱因斯坦的广义相对论中,引力是由于时空的扭曲而导致的,传播速度即场的传播速度:一个物理的引力场有六个自由度:两个标量自由度,两个矢量自由度,两个张量自由度。而牛顿引力势,只相当于两个标量自由度中的一个。六个自由度中,只有两个张量自由度能够自由传播(无源波动方程),传播速度在弱场背景下正是光速。

忘了补充一点:力在固体中的传递速度是等同于音速的。


拉拉酋长

本题,可以加速度定律F=ma来解释。力F是因变量,m是系统所有粒子(子系统)质量的总和(一个系综)。加速度a,通式a=v²/r,是速度的变化率,是产生力的原因。有三类现象,值得重视。

其一,当a=0,m是一个惯性系统。一个基本事实是:宇宙空间的暗物质量子皆光速,而且,其加速度皆为零,即a=0。因此,空间是任何天体的惯性参照系。

其二,当a≠0,且是短暂

的,可近似为“直线加速度”,对应的是短程力,如冲力、爆力、强力/核力、猛推力、猛拉力、摩擦力。核子间的核力:在0.8~4费米的距离内,作用力很强,超过该距离后其大小急剧下降,几乎消失,大于10费米时,核力将消失。分子间的力,或范德瓦尔斯力,业有类似的距离效应。


其三,a是持续的,只能是“向心加速度”,对应的是长程力。如万有引力/重力、电磁力、弱力。从微观结构上看,a是所有电子与核子等粒子的自旋/轨道加速度的综合加速度,写成Σa。

似乎可以这么理解:电子与核子的旋转运动,产生电磁震荡,以光速辐射低频电磁波(很难被检测出来),其波伴随向心加速度,表现为“向心引力场”,即万有引力或重力场。


结论:既然,向心力来自电磁震荡,来自电磁波;那么,引力速度就是电磁波的速度。


原道童子

首先澄清一下力的传播速度这个概念。 现代物理已经用场的局域作用的概念代替经典物理远距离作用力的概念。某一点的作用力就是场在该点的场变化梯度。力的传播速度就是场的变化传播速度。 场的性质(场方程)决定了场的变化传播速度。

那么最精彩的部分来了,真空中的场方程里得到的这个速度居然与运动参照系无关!于是我们不得不改变时空的性质以便满足这个事实。那么问题又来了,采用新的时空的性质后,这种时空结构里的所有物体的运动速度都不可能超过真空中场的变化传播速度。 所以大家看好了,我们所处的时空里运动的所有物体不可能超过光速运动。

但是,如果我们能够非常奇葩地拉扯时空本身(物体不运动),那么被拉扯的时空里的物体所经历的位移是可以超光速的。这就是“时空弯曲引擎”的基本原理。


手机用户3503570243

牛顿的世界

牛顿的世界中,速度是没有上限的。

举个例子,如果现在太阳质量少了一半。遥远的冥王星和地球上的我们都会同时感受到这一变化。牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中只定义了一个绝对空间(以太)和一个绝对时间。并没有提及物体运动的上限。

但是这也带来了很多问题,光行差现象与迈克尔逊试验的矛盾让科学家对是否有以太产生了怀疑。

于是一个科学巨子就此登场

爱因斯坦的世界

根据广义相对论,引力并不是一个力只是一个几何效应。有质量的物体能够改变周围环境的空间结构,使物体运动的方向发生改变。在平坦的时空内,不受力的物体会沿直线运动,在弯曲的空间中就是沿着短程线运动。

同时光速是极限速度任何速度都不可能超过光速,这是狭义相对论中提出的观点。

因此回到我们上面的例子,当太阳的质量少掉一半时,它对空间产生的弯曲也会变小,这一变回产生的几何效应,会以光速传播出来,地球会比冥王星更快感收到这一变化,而不是同时。


兔肉菌

力,传统上看,是一个纯主观概念,表达了一种感受,如日常所见与力有关的一些概念:苦力,能力,定力,压力,心力,脑力……等等等等,如《墨子》中的定义:“力,形之所以奋也”,指出,力,是物体之所以变形的原因。现代的力的概念,已经融入了物理学中的西方关于力(F,force)的内容。具体说来包括,机械力(推力、拉力、浮力、阻力、离心力、向心力…),万有引力,电磁力和强、弱相互作用力(核力)。作为一种主观感受的概念,现实中,是无法找到力的表征物的。实际上,结合了物理学的力的内涵的现代的力的概念,指的是物体之间的相互作用,是一种因果关系,而所谓力的传播速度,指的就是相互作用的传播速度,也就是“因事件”和“果事件”之间的时空关系。

好了,铺垫好了。按照现代物理学观点,力大体上分为机械力,万有引力、电磁力、核力四种。机械力的传播速度等于媒介物质中的声速。而电磁力的传播速度等于光速,与万有引力的传播速度一样。以上种类的力叫作长程力,而核力则被称作短程力,因为这种力的作用范围限制在原子核大小的范围之内。这么小的微观世界里,物质运动已经失去了宏观世界的一些重要属性,如时序性和因果关系,从而变成了所谓“量子力学”的范畴,这时候再谈论“力的传播速度”就没有寻常意义了。(请再度回想,速度,指的是事件之间的时空关系!)


郭城3点14壹伍玖

看来你们有误区啊!

光也是一种力!

力有很多种!小到分子之间的斥引力,大到恒星之间的引力。甚至河系之间也有引力。

假设整个宇宙之间只有两个原子,即使这两个原子之间天各一方,最终这两个原子也会相碰!只不过需要好多好多时间,这是引力的力量!在这里想要跟光速比的话,那就同时摆上两个原子和一个光源,光源是从一个原子往另一个原子上射,看是光先到另一个原子还是两个原子先动。


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