一个圆在一条斜线上无限下滑,有一天它的速度会超过光速吗?

柠檬游戏圈


悟空问答中有很多变着花样地想方设法地“超越光速”的例子,但这些例子有一个特点,那就是假设的思维方式都没有脱离经典力学和低速世界的束缚和局限性!

比如这个问题又是这样,用我们现实低速世界的假设去衡量亚光速世界,这样的结果肯定是不对的,不会达到光速,更别提超越了。

简单说下为什么?

如果按照牛顿的经典力学,在固定力的作用下,加速度会保持一个数值一直持续下去,结果就是速度越来越来,超越光速似乎变得可能!

但相对论表明,加速度并不是固定的,同样力的作用下,速度越大,加速度就越小!恒定力的作用下,加速度不再恒定,而是势能恒定,需要考虑到能量守恒定律,势能转化为动能!

本质上讲,势能是恒定的,不可能是无穷大!假设宇宙中只有地球,那么在无穷远处的势能为无穷小,地球表面的势能最大,在势能是有限数字的情况下,动能也不可能无穷大!

事实上,有一个更简单明了的方式,那就是随着速度的增加,需要更多的能量让物体假如,要想达到光速,需要无穷多的能量,显然是不可能的。

还是那句话,莫要用我们熟悉的低速世界的模式去衡量亚光速世界!


宇宙探索


根据相对论,物质的速度不可能超过光速。有很多人设想过很多“超光速”的情景,比如两个接近光速运动的飞船相向运动;比如骑着自行车向前,自行车后面绑一个向后照射的手电筒……这些“超光速”情景无一能够超光速,并且类似的这些设想本身就比较低级。

回到球沿斜面向下滚这个情景,假设斜面足够长,球向下滚的过程中速度会逐渐增大。按照相对论的质量速度关系,速度越大,球的质量也就越大,相应的球的动量或能量也就越来越大。如果速度达到光速,则需要无穷大的能量。

球从斜面上向下滚,增加的动能是由其他形式的能量转化而来的。如果是在重力场中向下运动,则是重力势能转化为动能。没有哪个引力场有无穷多的能量可以提供给那个球,球的速度永远不可能达到光速。

如果一个球从很远很远处无初速落向地球,在其运动过程中不考虑其他星球引力的影响,则球落到地球上的速度会是地球的第二宇宙速度。这是可以通过列方程计算出来的,引力势能转化为球的动能,-GMm/r=½mv²,代入数据可计算出这个速度约为11.2km/s。这个速度和光速比起来还是很小的,完全可以不必考虑相对论效应。即使落到太阳表面也不必考虑相对论效应。

如果是落进了黑洞,按照经典理论,黑洞的逃逸速度会超过光速。不过,黑洞附近的引力场非常强,此时必须用广义相对论来计算问题,物体落入黑洞时速度仍然不会超过光速。光在真空中的速度299792458m/s是物质的极限速度,这一规律目前没有一丝动摇。


刁博


答:不会!这里犯了一个关键性错误,就是恒定引力场中的加速度,在相对论修正下,加速度会和自身速度有关,即加速度不再恒定!


就算你能制造一个无限大的恒定引力场,一个物体在其中运动,在牛顿力学下加速度是恒定的,但是在相对论力学下,加速度将和速度有关!



也就是说,一个速度为零的物体m,在A处的加速度为a;但是速度为0.8c的物体m,在A处的加速度将小于a;恒定引力场在相对论中不是说加速度恒定,而是势能梯度恒定!


所以考虑狭义相对论的情况下,不能用牛顿力学的恒定加速度去计算,而是需要用能量守恒中,势能转化为动能来计算!

一个物体在引力场中的势能是有限值,无论你如何利用引力加速,都不能使物体的速度超过光速;因为越接近光速时,提高速度需要注入的能量越高,而光速是不可达到的极限。




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艾伯史密斯


这个假设非常的不严谨。往下,这是一个相对概念,滑,这是一个不准确的动作表述,没有限制条件,就是一直这种说法,整个命题连回答的可能性都没有。你的意思应该这样表述:假设在没有大小限制绝对真空环境下,一个表面无限接近正球体的光滑物体,在一个无限平滑但倾斜向一个方向的物体表面,在一个初始力的作用下从相对高的端点开始向相对低的方向滚动,如果忽略两个物体之间的摩擦力,假设球形物体被一个恒定垂直于平面物体接触面的力稳定保持在平面上,那么该球形物体的滚动轨迹是否可以判定为持续加速的直线运动?如果不限制平面大小,那么球形物体是否有可能在该环境中,在该运动系统永远持续稳定不变的情况下,经历足够的时间,其滚动的速度最终达到或超过目前已知物体运动速度上限的光速?


Comfunny


首先,一个圆球在斜坡上会下滑,这是在地球环境下得到的感性经验,是因为在我们感官所见范围内,地球重力场一直存在,所以在地球表面设置一个向下的斜坡,则圆球会向下加速滚动。然而如果是在太空中,没有重力场的帮助,小球并不会沿着斜坡滚动,而只会保持小球原有的运动状态而已。

但题主假设一个无限长的斜坡,这就需要一个范围无限大的重力场,迄今为止宇宙中都不存在无限大的重力场,更谈不上是均匀的重力场,所以这个假设的前提就无法成立。

但既然是假设,我们可以顺着题主的假定有一个无限长的斜坡,外加一个无限大的重力场,因此一个小球会无限的加速运动下去,但这个滚动依旧受到爱因斯坦的广义相对论限制,依旧无法超过光速,但理论上可以无限的接近光速。

迄今为止,我们观测到的宇宙范围内,数十种类型的各类大型高精度实验,都证实了爱因斯坦的相对论是正确的而且是普适的,这个理论规定了速度的上限就是光速,相对论理论规定,任何带有静止质量的物质(无论宏观或者微观物质)都可以无限接近光速,但却永远无法抵达光速,这个过程可以有多种解释方式,其中常见的解释方式为能量-质量解释。

根据爱因斯坦的相对论,质量与能量为同一事物,只是人类根据它们的形态不同而命名为不同的名字,一般而言把微观粒子表达的物质形式称之为能量,而把常规可见物质成为物质,但物质本质上是凝固的能量。

我们知道,物质运动时必定包含动能,速度越快动能越大,也就意味着物质的能量会逐步增加,而能量与质量等效,导致可以解释为物质的质量在加大,按照爱因斯坦的运动能量公式,接近光速时能量迅速上升,对应着自身质量也迅速变大,导致小球无论在重力场中如何加速,因为自身质量变大导致这个加速过程变慢,而到抵达光速则理论计算需要无穷大的能量。

小球在重力场中运动所获取的动能本质上是重力场势能传递给你的,而在有限强度的重力场中,总势能的能量也是有限的,是根本无法为小球运动提供无限大的能量的,因此小球的运动最终变为: 加速虽然还在进行,但加速度本身越来越慢,小球速度可以无限的接近光速,但却永远无法抵达光速。


楚楚夫


个人觉得他们的回答有些问题!给爱较真的朋友分享下我的看法!欢迎在评论区讨论!(我不认为在这个条件下不能超过光速)

人家已经假设这个坡是无限长了!也就是说引力场的能量是无限大!换一种思路假设!假设现在速度已经到c了或者0.9c那么这个球要不要受到引力的作用往下加速(即使加速度很小)!(要知道光在遇到强大天体时也会出现引力透镜现象)!也就是说你即使是光速也还是要受到我引力的影响!(即使你质量变大!但并不意味着你的速度要减小(或者速度不变))也许你会拿质量无穷大说事!但人家的前提条件就是坡度无限长(也就是我提供的能量也是无穷的)!两个无穷一定相等吗!或是你相对论的无穷一定大呢?

我到是认为坡长的无穷要大些!为啥呢?坡长无穷长是题目假设的!是理论值!而你的相对论最多最多能管本宇宙的事!那么普朗克质量(也就是宇宙的质量)相对论是超越不了的!也就是说相对论的前提就是你不能超过本宇宙的质量!如果超过了!起码就证明了多重宇宙都适用于相对论(显然这是不科学的!在宇宙诞生时的奇点相对论都解释不了)!

我说几个超过光速的事!宇宙扩张的速度!电磁场的传播速度!引力的控制速度!信息的传播速度(量子)!虫洞!连光都跑不出来的黑洞到有东西跑出来了(黑体辐射)…你们有些人认为这都不属于速度范围!那请问速度是怎么定义的!以虫洞来讲!从a到b距离时间都有了(速度=距离/时间)你不要说四维空间什么的!就你本宇宙的观察来看它是不是超过了!

即使你们全都正确!那把题目换一下“假设我能超越光速!请问我能不能超越光速?”!显然条件都说能了!那结果肯定是能!那现在人家都假设无限长了!为啥就不能超过呢?

不是说相对论不好!而是说大家应该动脑思考!相对论的推导公式我也很熟!但是现实是检验理论的唯一标准!推导出来的东西也不一定是正确的!举个栗子:一粒稻谷不能说成一堆!那么两粒稻谷也不能说成一堆!…也就是说再多的稻谷加起来都不能是一堆!(这显然与现实相反)!

相对论是怎么推翻经典力学的!以后的科学理论就怎么推翻相对论!


大达达


这是一个场问题,在速度中我们知道有运动和静止,并且运功和静止是相对抽象的,从而一个圆在斜面上无限下滑只能是一个运动物在一个静止物的对立统一抽象内秉中存在的图像,并非世界客观性的相对统一上的存象,它所表达的是这圆正在静止的斜面上下滑,注意,在真空中且外部内部的合力都为零时,圆下滑吗?!以此拥有下滑,就拥有外力因素,是在相对平直的空间中,圆自身的重量在压强要保持一至下才下滑,而光速,我认为有种场的感觉,火柴棍的光几里外能见,煹火的光几里外能见,它们的相差在视觉上和火的发源上都是火源的大小上是正比的,这里有一个问题也就是说原本速度上不是一个本质性的相对同质感的速度,它们的速度永远是不等的,除非你把它们的场刻意的加减相对在一至上――太阳能把光传到地球上,地球上的火柴棍能把光传递到几多远“光速是一至的”,所以光速也是相对的,在终极的对立统一范围上不无其二的,都看储意的爆发点多大带动物质的运动,形成的连惯性――距离是成正比的


蕊香益人


圆?斜线?下滑?你说的是什么?没有一点科学素养。如果你说的是几何图形,那只是数学而已,没有实际意义。如果你说的是有质量的实物,一个圆球,在垂直于斜坡底边的方向有重力牵引,比如斜坡放置于地球表面,那么圆球不断下滑,用不了多久就远离地球引力了,最终连万分之一光速都不可能达到。你的想法很简单,换一个简单明了的提问方式,就是一个物体被持续不断加速,最终能不能达到或超过光速。

以目前的人类所认识的的物理学来回答是不可能的。因为物体的质量会随着速度的增大越接近光速越无限增大,使物体加速需要无限的动能,宇宙无法提供无限的动能。


lgp3651


首先它不会达到甚至超过光速,其次它也不能达到很大速度,这个最大速度取决于斜面坡比。最大速度与坡比正相关,如果坡比达到无穷大,也就是相当于无摩擦自由落体,斜面垂直于水平面,这时还受到空气阻力的作用,质量相对单位体积越大,空气阻力相对越小,加速度越大,相同时间内速度达到的最大值越大,若在大气层中释放物体,最终到达海平面可能也就十万量级每秒,远远不能达到一亿量级的光速。






AppleseedMaya


不会。物体的能量在不断提高,可以达到无穷大,速度在不断增加最大可以达到光速c。

物体的速度利用质能公式可以由物体的能量倒算出来。换句话,有质量的物体达到光速c时其能量也已经达到无穷大了。

不过利用更简单的几何作图法,也可以算出物体的速度。

假设质量是m,静能就是mc²。增加的动能很简单,完全由势能转换来,即mgh。总动能就是mc²+mgh

以静能为直角三角形的一条直角边,总动能为斜边,那么另一条直角边其实就是动量。如果指定斜边是光速c,这另一条直角边就正好是物体速度的大小。


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