一条足够长且塞满钢珠的管道,一头再塞入一个钢珠,瞬间另一头掉落一个,把这当做信息传递,是否超越了光速?

烟花ヨ那麽凉


又来了一个类似10光年棍子、5光年轮子的题目,这个塞满钢珠的管道有10光年棍子一捅,5光年直径轮子一转厉害吗?

这种“科学”问题已经答过若干次了,还是变个说法层出不穷,而且还很有热点,说明吃瓜群众还是喜欢此类问题,还迷惑了许多人,科普作者就有义务再说,直到把这类问题说死。

前面一些朋友也反复答过此类问题,还来说也是这个道理,时空通讯不甘落后,也来凑凑热闹。

简单说,这个世界上有四种力,一般来说,强作用力和弱作用力只反映在微观状态,原子以下级别的相互作用关系,而宏观力主要有电磁作用力和万有引力。

万有引力主要表现在天体之间的相互作用,但又是最长的力,理论上可以无限远。但这种力又是最弱的力,一般在宇宙大尺度、大引力场中才能够明显体现。比如太阳系各行星围绕着太阳公转,太阳围绕着银河系公转,都是万有引力作用的表现。

而表现在我们日常宏观最常见的力就是电磁作用力,除了万有引力,我们所能够看到的一切物体运行,都是电磁作用力的范畴,它包括电力、机械力、摩擦力、声波等。而所谓棍棒运动、齿轮运动、钢珠滚动,都属于机械力的一种,它们运动遵循机械波规律,而机械波运动速度与声波相同。

所以钢珠的运行与钢棍的运行都是机械波速度,也就是声波运行速度。

声波在空气中传播速度为每秒340米左右,在钢铁中运行速度为每秒约5000米。因此用钢棍捅一下,传递速度也就每秒约5000米,如果这根钢棍有1光秒长,捅一下这头的力传到那头也要6万秒,也就是光速的1/60000,更别说1光年、10光年了,自己去算吧。

关于声波和钢棍力的传递速度人们已经做过很多实验,证明就是这么回事,前面朋友已经说了很多,过去我也有过很详细实验过程介绍,就不在这里重复罗嗦了。

钢珠还和钢棍不一样,每个钢珠靠得再紧,也比钢棍中的原子间隙大多了,而且钢珠还与管道有摩擦力,所以传递速度肯定也比钢棍慢多了,还有比较的意义吗?

这种玩意怎么能够与光速比呢?我不知道今后还会有多少这样的问题出来,但我想这不会是个终结。

另外这个世界上是不会存在以光年计的长棍或者齿轮的,也不会出现以光年计里面藏着钢珠的管道。

因为万有引力作用不会让任何物体长到这么大,这么大范围的稀薄气体都会被自身引力渐渐凝聚成团,最终形成向中心坍缩的态势,核心温度和压力剧增,激发核聚变,形成一颗恒星。

太阳和太阳系就是这么来的,如果真有这么长的一根棍子或管道或齿轮,它门会迅速收缩为一个星球。

我们思维实验一定要在现有的公理框架下进行,才有意义。

就是这样,欢迎讨论。

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时空通讯


先说下答案:信息的传递速度不能超过光速。

其次题主假设的这个实验,其实可以再升级一下,我们将钢珠直接换成实心钢柱,并且将钢柱的长度定为一个有限的任意长度,在此前提下,如果我们推动钢柱的一段,那么另一端是否会立即移动?

在日常实际中,这个问题的回答好像就是“另一端会立即移动”,但实际上,力在物体内的传播速度并非无穷大,以钢柱为例,力在里面传播的速度大约5000多米每秒,和声音在钢柱内的传播速度一致。(力的传播速度则与材料的弹性模量有关)

因为绝对刚体是不存在的,因为你可以将钢柱想象成一个“弹簧”,这样应该就好理解为什么钢柱两端的移动并不是同步进行的原因了。

同样的,如果回到题主的环境中,假设放满钢珠的管道有1万公里长,我们在一端塞进一个钢珠,那么另一端发生钢珠掉下现象,会在大约32分钟后出现。(就是声音在钢材内传播1万公里长度的耗时)

期待您的点评和关注哦!


赛先生科普


先科普一个概念:

应力波:应力和应变扰动的传播形式。(请区别引力波)

(图1.应力波典型模型)

应力波波速的证明:应力的传播速度是根号下压力的微分比上密度的微分。如果应力的传播介质是刚体的话,应力波的波速是无限大的。

即:c=dx/dt

(公式1.应力波空间波速公式)

所以,从理论上看,力的作用是需要时间的,力不是超距作用,不需要时间的话就违背了狭义相对论。

(图2.钢珠模型)

于是,楼主提到的:

当管子足够长,那么在这个模型里,距离就得讨论进去了。

(图3.很长距离的钢珠信息传导模型)

而这个速度经过计算,是低于光速的,楼上很多大神说传递速度是光速,并不是这样,如果要达到光速,

那么这个模型要满足以下条件:

1.完全没有摩擦力,也就是说钢珠和管道之间是完全光滑,钢珠放进去是只产生钢珠和钢珠之间的推力的。

2.钢珠和钢珠之间完全贴合,不存在任何缝隙。

(力传导速度达到光速的要求)

如果满足这两个条件,那么这个过程力的传输就是光速。

下面的问题来了,还有什么情况下,力的传输是光速呢?

1.题中的珠子换成柱子,也就是把不连续的参考对象变成一个刚性整体。

(图4.一个刚性物体的代表示例)

2.引力

引力的传输在太空的真空环境下,传导的速度就是光速的。举个例子:距离地球一光年的星球,对地球产生的引力,需要大约1年后才能抵达地球。

(图5.引力波示意图)

综上,题主的超光速信息传递系统,是不合理的。


不入流的大刘


一条足够长且塞满钢珠的管道,一头再塞入一个钢珠,瞬间另一头掉落一个,把这当做信息传递,是否超越了光速?

这个话题比较有趣,因为这个问题看上去非常具有迷惑性,足够长的管道,塞满钢球,进一个那么肯定会出一个,那么在某个长度上会超过光速?果真如此吗?其实这就是有两个误区了,一是当成了刚体来考虑钢球,二是即使刚体,也无法超过光速,那是为什么呢?

第一个理由很简单,因为装钢球的管子越长,那么推动钢球的力就会越大,那么最终钢球的摩擦力将大于钢球这个不太理想的“刚体”彻底形变的程度,那么此时推动一个钢球进去,另一头并不会出来钢球,因为这个钢球进去的位置被变形的钢球给吸收了!我们用一个简单的比方即可将此计算出来,比如一个钢球的直径是10MM,假如每个钢球形变0.001um,那么1000000个钢球的长度,即1000M长的管道即可吸收一个钢球的形变!此时,推进去的钢球不会传递任何信息!

那么假设钢球是一个不会形变的刚体呢?我们先来看看推动钢球运动的是什么力?自然界就是这四大基本作用力,推动钢球的明显不是引力,也不是弱相互作用力,更不是强相互作用力,那么剩下就只有电磁力!电磁力在介质上传播速度非常有限的,比如我们推动物体,物体再传递到另一个物体,这个速度就是声速!比如我们日常所见的推力、拉力以及扭矩等都是属于这一种力!它们的本质分子之间的电磁力相互作用在宏观上的表现!而我们推力这种宏观上有些搞脑子的力,起到传递作用的介质中粒子电磁相互作用的方向性传递,这个速度就是声速!

所以这种方式想超光速?超音速都不可能哦,是不是想简单了?


星辰大海路上的种花家


并不是超过光速,这个问题在于题主将力的传递速度认为成是瞬间完成。

在坚持信息传递不能超过光速的一个前提下,我们仔细来讨论这个问题。

如果说一根无限长的管道中塞满了无数钢珠,那么一头塞入一颗钢珠的时候,必然会先挤压旁边的钢珠,接下来就一颗挤压一颗,所以这个问题的本质其实就是力的传递速度。


很多人认为力的传递是瞬间完成的,其实不是。如果简单来说力的传递速度,那就是一根 5000 米长的钢筋,一个变形金刚从这一头推了一下,另一头要 1 秒钟之后才会移动。


如果从公式上来看,力的传递速度等于杨氏弹性模量与密度的比值再开根号。所以钢材中力的传递速度大概就是5000米每秒。其实这也说明为什么刚体不会存在,所谓刚体就是弹性模量无限大,所以刚体中力的传递速度就会是无限大,也侧面说明刚体的理想性。

总之,任何信息的传递速度不可能大于光速!但研究力传递速度是有意义的。


科学认识论


当我们以较短的钢管比方说几米长的钢管实验时,你感觉刚一塞入一个钢珠,另一端就掉出来一个,似乎是同时发生的,其实不是,只不过是其中的间隔时间太短,我们没有感觉到罢了。

但是,如果是一截5000公里的钢管,这样你在试试呢,你会发现你居然摁不动?是的,你没有那么大的力气摁一个钢珠塞进去,因为你的力气无法对抗的了那么多的钢珠与管壁之间的摩擦力。

但,这是思想实验啊,可以忽略,试着在理想情况下会怎么样呢?

在绝对光滑的管壁上塞下多余的那一个钢珠,会在同时刻使另一边的一个钢珠掉落吗?不会的,因为力的传递是需要时间的,力不是瞬时作用。自然界有四种力,抛开强力、弱力、引力,压力是什么力呢?

压力是属于电磁力的范畴,因为总共就这四个力,排除法也知道了。

所以,一个钢珠推动另一个钢珠再去推动另外一个钢珠,这其中力的传递是需要时间的,最快是光速,不会超过光速。

所以题主你的这个思想实验以失败而告终。


科学船坞


一头塞入钢珠,另外一头并不会瞬间掉落,题主把这个大前提都搞错了,当然也不会有超光速发生了。

钢珠的位置变化是一个传递一个的,第一个受力移动驱动第二个,第二个驱动第三个,第三个驱动第四个,以此类推至到最后一个。这个过程中驱动力的传递是一个传一个的,而且力的传递是有速度的,最高也就是光速!所以如果真的管道足够长,当我们推动一个人弹珠时,最后一个弹珠要很久才会产生位移!因此也就没有超光速一说了!


这里需要记住的是,一旦距离很长,力的传播速度就不得不考虑了。距离短的时候,因为力的传播时间很短,所以可以忽略不计。但是一旦距离足够长,这个时间就必须考虑在内!就像引力一样,传递速度就是光速。太阳距离我们8光分,如果太阳突然消失,地球上八分钟时才会感受到太阳引力消失!这就是因为太阳对地球的引力,需要传递8分钟!



所以说,超光速并不存在。这已经是理论所证明的,我们也无需再想些歪点子超光速了。


科学探秘频道


爱因斯坦相对论关于光速有下边两个描述:有静止质量的物体达不到光速;信息的传递速度速度不能超光速。

图:牛顿摆

先声明一下这个问题跟牛顿摆没什么关系。题目中的设定跟牛顿摆形式上比较类似,在一根钢管中装满钢珠,从一端塞进一个钢珠在另外一端就会掉出一个钢珠,如果钢珠是理想刚体、同时钢管足够长,那么就实现了“超光速”。

但实际上都说了刚体是理想状态,现实生活中根本不存在,力在钢珠中的传递速度大约是5000米每秒。这就意味着一个力气无穷大的人在一端推钢珠,另一端的钢珠并不会立刻就掉落下来,力是在传递中的。同时钢珠之间会有弹性变形,如果钢管太长钢珠太多的话甚至会发生塑性变形,所以只放进一个钢珠另外一头可能并不会有钢珠掉落下来。

现在关于超光速的问题已经有两个例子了,宇宙的膨胀速度和量子纠缠的速度,但是这两个并不违反相对论。一个膨胀的是空间,一个并不能进行信息传递。



科学黑洞


当管道足够长,长到你能验证光速,那么钢珠的数目是天文数字,质量也是天文数字。就假定你的力气也是奇大无比,仍然能推的动,但是力的传导在这样长的距离上也是需要时间的啊,如何就能瞬间在尽头掉一个?你在现实世界推一小段钢珠,感觉这边一推那边就掉,然后就想当然的推理到天文级的距离上?你还是多学些物理知识吧,脑子充实了以后提问题能靠谱些。


幻云天翼


评论中的大多数都在说现实没有绝对刚体,力的传递需要通过形变传递,所以不会超光速。

那么有没有想过,光的传递也许不是光珠子实际发生位移,而是一串光子像钢珠那么排列,推动前端一个光子,最后接收倒的是后端光子传递的能量呢?

同样因为光子也不是绝对刚体,所以才会速度限制在光速以下。

这样一来要产生超光速运动,只需要有比光子更好的传递材料就可以了。

通过交流电的运动和速度,我们发现电的传递速度几乎等同于光速,但是电子的运动,不是实体运动,而是牛顿摆钢珠的传递模式。

电的速度等于光速就显得很突兀,目前认为光子是实体发生运动,而电子不是实体运动。

两者速度只能说接近,因为我们在量子级别的测量精读不够。

更主要的,如果光子不是实体运动,也是电子的传递模式,两者速度接近就很好理解了。

真空不空,如果密布着排列的光子,传递能量也发生一定的光子位移,就能够解释更多的光的现象,而不局限于光是粒子还是波动的唯一性。目前的波粒二象性,已经被证实不是光的独有特性,物质波的证实,意味着光不是波,还是粒子。


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