一個圓在一條斜線上無限下滑,有一天它的速度會超過光速嗎?

檸檬遊戲圈

根據相對論,物質的速度不可能超過光速。有很多人設想過很多“超光速”的情景,比如兩個接近光速運動的飛船相向運動;比如騎著自行車向前,自行車後面綁一個向後照射的手電筒……這些“超光速”情景無一能夠超光速,並且類似的這些設想本身就比較低級。

回到球沿斜面向下滾這個情景,假設斜面足夠長,球向下滾的過程中速度會逐漸增大。按照相對論的質量速度關係,速度越大,球的質量也就越大,相應的球的動量或能量也就越來越大。如果速度達到光速,則需要無窮大的能量。

球從斜面上向下滾,增加的動能是由其他形式的能量轉化而來的。如果是在重力場中向下運動,則是重力勢能轉化為動能。沒有哪個引力場有無窮多的能量可以提供給那個球,球的速度永遠不可能達到光速。

如果一個球從很遠很遠處無初速落向地球,在其運動過程中不考慮其他星球引力的影響,則球落到地球上的速度會是地球的第二宇宙速度。這是可以通過列方程計算出來的,引力勢能轉化為球的動能,-GMm/r=½mv²,代入數據可計算出這個速度約為11.2km/s。這個速度和光速比起來還是很小的,完全可以不必考慮相對論效應。即使落到太陽表面也不必考慮相對論效應。

如果是落進了黑洞,按照經典理論,黑洞的逃逸速度會超過光速。不過,黑洞附近的引力場非常強,此時必須用廣義相對論來計算問題,物體落入黑洞時速度仍然不會超過光速。光在真空中的速度299792458m/s是物質的極限速度,這一規律目前沒有一絲動搖。


刁博

這個假設非常的不嚴謹。往下,這是一個相對概念,滑,這是一個不準確的動作表述,沒有限制條件,就是一直這種說法,整個命題連回答的可能性都沒有。你的意思應該這樣表述:假設在沒有大小限制絕對真空環境下,一個表面無限接近正球體的光滑物體,在一個無限平滑但傾斜向一個方向的物體表面,在一個初始力的作用下從相對高的端點開始向相對低的方向滾動,如果忽略兩個物體之間的摩擦力,假設球形物體被一個恆定垂直於平面物體接觸面的力穩定保持在平面上,那麼該球形物體的滾動軌跡是否可以判定為持續加速的直線運動?如果不限制平面大小,那麼球形物體是否有可能在該環境中,在該運動系統永遠持續穩定不變的情況下,經歷足夠的時間,其滾動的速度最終達到或超過目前已知物體運動速度上限的光速?


Comfunny

那麼問題來了,它為什麼要下滑?就算給它初速度,那它為什麼會加速?不要說地球引力,因為引力作用不可能讓他滑無限長,地球本身都是有限大的,它提供不了無限長距離的加速度。所以這個假設本身實現不了。就好比說中國男足如果能戰勝世界第一的話是不是可以成為新的世界第一?如果假設成立,結論當然成立,問題是假設不成立!


王大偉老師

這個問題其實很好回答。

首先思考為什麼光速是宇宙的極限速度。因為根據相對論的解釋,想要物質達到光速需要無窮大的能量,這是極限概念。不存在大於無窮大的能量,自然也不存在超光速的概念。

回來思考這個問題,說白了就是人為假設存在比“無窮大”更大的能量,自然就可以超過光速。比如一根無窮長的杆子,轉動一下,杆子一端的速度完全可能超過38萬公里/小時,可是存在無限長的杆子和推動它轉動的力量嗎?


第十四使徒-ZEREL

你的提問非常不嚴謹,應該問對一個物體一直施加恆定方向方向恆定大小的力,在不考慮其他因素的情況下,該物體能否超光速?

結論很明顯。因為物體會隨著速度越來越快,質量會越來越大。物體的部分動能會轉變成質量,如果不斷持續,你就能得到一個黑洞。而無法超越光速。


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