一條足夠長且塞滿鋼珠的管道,一頭再塞入一個鋼珠,瞬間另一頭掉落一個,把這當做信息傳遞,是否超越了光速?

煙花ヨ那麼涼


對於愛因斯坦相對論表明的“光速限制”,不少人總是理解不了,並且總是會憑藉個人喜好和豐富的想象去假設各種可能性的“超光速”。就好比問題中所描述的那樣,一條足夠長的管道,裡面塞滿鋼珠,一頭再塞入一個鋼珠,另一頭瞬間掉落一個,是不是就意味著超光速了呢?

這種假設純粹是一廂情願,答案很明顯,如果你能做到讓另一頭瞬間掉落,確實是超光速,但問題就在於你能做到嗎?如果假設本身就是錯誤的沒有意義的,得出的結論自然是錯誤的。再想象一下,如果鋼珠的傳遞速度可以超光速,何必如此麻煩用鋼珠呢?你直接推動足夠長的管道豈不是更好更直接?

很明顯,之所以假設用鋼珠,更具有迷惑性,畢竟平時我們推動兩個緊挨著的物體時,這兩個物體的力感覺就是瞬間傳遞的。但事實上這種力的傳遞遠不是瞬間完成的,也是需要時間的。

萬有引力讓我們能夠站到地球上,但事實上平時我們接觸到最多的力並不是引力,而是電磁力,電磁力滲透到我們日常生活中每個角落。自然界有四種基本作用力,除了引力,還有電磁力,強力和弱力,用排除法就知道所謂的推力就是屬於電磁力的一種。除了推力,我們日常生活中見到的電力,摩擦力,機械力,聲波,各種此輪運動,棍棒運動等等都屬於電磁力的範疇。

而管道中鋼珠之間的運行其實就是機械波,也就是聲波運行速度。聲波我們都很熟悉,在空氣中傳播速度大約每秒340米,在鋼鐵介質內傳播速度為5000米每秒,所以,即使你能推動如此過的鋼珠,也遠遠不能超過光速!

只能說,我們在低速世界對大自然的感知有太多的侷限性,很容易讓我們造成某種錯覺,從而會不由自主第用低速世界的錯覺衡量事物的本質。生活中我們很難擁有如此長的管道去驗證另一頭的鋼珠是否會瞬間落下,而我們見到的確實感覺是瞬間落下,這很正常,畢竟我們見到的管道不會太長,或許幾十米已經是極限了!


宇宙探索


先說下答案:信息的傳遞速度不能超過光速。

其次題主假設的這個實驗,其實可以再升級一下,我們將鋼珠直接換成實心鋼柱,並且將鋼柱的長度定為一個有限的任意長度,在此前提下,如果我們推動鋼柱的一段,那麼另一端是否會立即移動?

在日常實際中,這個問題的回答好像就是“另一端會立即移動”,但實際上,力在物體內的傳播速度並非無窮大,以鋼柱為例,力在裡面傳播的速度大約5000多米每秒,和聲音在鋼柱內的傳播速度一致。(力的傳播速度則與材料的彈性模量有關)

因為絕對剛體是不存在的,因為你可以將鋼柱想象成一個“彈簧”,這樣應該就好理解為什麼鋼柱兩端的移動並不是同步進行的原因了。

同樣的,如果回到題主的環境中,假設放滿鋼珠的管道有1萬公里長,我們在一端塞進一個鋼珠,那麼另一端發生鋼珠掉下現象,會在大約32分鐘後出現。(就是聲音在鋼材內傳播1萬公里長度的耗時)

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賽先生科普


先科普一個概念:

應力波:應力和應變擾動的傳播形式。(請區別引力波)

(圖1.應力波典型模型)

應力波波速的證明:應力的傳播速度是根號下壓力的微分比上密度的微分。如果應力的傳播介質是剛體的話,應力波的波速是無限大的。

即:c=dx/dt

(公式1.應力波空間波速公式)

所以,從理論上看,力的作用是需要時間的,力不是超距作用,不需要時間的話就違背了狹義相對論。

(圖2.鋼珠模型)

於是,樓主提到的:

當管子足夠長,那麼在這個模型裡,距離就得討論進去了。

(圖3.很長距離的鋼珠信息傳導模型)

而這個速度經過計算,是低於光速的,樓上很多大神說傳遞速度是光速,並不是這樣,如果要達到光速,

那麼這個模型要滿足以下條件:

1.完全沒有摩擦力,也就是說鋼珠和管道之間是完全光滑,鋼珠放進去是隻產生鋼珠和鋼珠之間的推力的。

2.鋼珠和鋼珠之間完全貼合,不存在任何縫隙。

(力傳導速度達到光速的要求)

如果滿足這兩個條件,那麼這個過程力的傳輸就是光速。

下面的問題來了,還有什麼情況下,力的傳輸是光速呢?

1.題中的珠子換成柱子,也就是把不連續的參考對象變成一個剛性整體。

(圖4.一個剛性物體的代表示例)

2.引力

引力的傳輸在太空的真空環境下,傳導的速度就是光速的。舉個例子:距離地球一光年的星球,對地球產生的引力,需要大約1年後才能抵達地球。

(圖5.引力波示意圖)

綜上,題主的超光速信息傳遞系統,是不合理的。


不入流的大劉


一條足夠長且塞滿鋼珠的管道,一頭再塞入一個鋼珠,瞬間另一頭掉落一個,把這當做信息傳遞,是否超越了光速?

這個話題比較有趣,因為這個問題看上去非常具有迷惑性,足夠長的管道,塞滿鋼球,進一個那麼肯定會出一個,那麼在某個長度上會超過光速?果真如此嗎?其實這就是有兩個誤區了,一是當成了剛體來考慮鋼球,二是即使剛體,也無法超過光速,那是為什麼呢?

第一個理由很簡單,因為裝鋼球的管子越長,那麼推動鋼球的力就會越大,那麼最終鋼球的摩擦力將大於鋼球這個不太理想的“剛體”徹底形變的程度,那麼此時推動一個鋼球進去,另一頭並不會出來鋼球,因為這個鋼球進去的位置被變形的鋼球給吸收了!我們用一個簡單的比方即可將此計算出來,比如一個鋼球的直徑是10MM,假如每個鋼球形變0.001um,那麼1000000個鋼球的長度,即1000M長的管道即可吸收一個鋼球的形變!此時,推進去的鋼球不會傳遞任何信息!

那麼假設鋼球是一個不會形變的剛體呢?我們先來看看推動鋼球運動的是什麼力?自然界就是這四大基本作用力,推動鋼球的明顯不是引力,也不是弱相互作用力,更不是強相互作用力,那麼剩下就只有電磁力!電磁力在介質上傳播速度非常有限的,比如我們推動物體,物體再傳遞到另一個物體,這個速度就是聲速!比如我們日常所見的推力、拉力以及扭矩等都是屬於這一種力!它們的本質分子之間的電磁力相互作用在宏觀上的表現!而我們推力這種宏觀上有些搞腦子的力,起到傳遞作用的介質中粒子電磁相互作用的方向性傳遞,這個速度就是聲速!

所以這種方式想超光速?超音速都不可能哦,是不是想簡單了?


星辰大海路上的種花家


並不是超過光速,這個問題在於題主將力的傳遞速度認為成是瞬間完成。

在堅持信息傳遞不能超過光速的一個前提下,我們仔細來討論這個問題。

如果說一根無限長的管道中塞滿了無數鋼珠,那麼一頭塞入一顆鋼珠的時候,必然會先擠壓旁邊的鋼珠,接下來就一顆擠壓一顆,所以這個問題的本質其實就是力的傳遞速度。


很多人認為力的傳遞是瞬間完成的,其實不是。如果簡單來說力的傳遞速度,那就是一根 5000 米長的鋼筋,一個變形金剛從這一頭推了一下,另一頭要 1 秒鐘之後才會移動。


如果從公式上來看,力的傳遞速度等於楊氏彈性模量與密度的比值再開根號。所以鋼材中力的傳遞速度大概就是5000米每秒。其實這也說明為什麼剛體不會存在,所謂剛體就是彈性模量無限大,所以剛體中力的傳遞速度就會是無限大,也側面說明剛體的理想性。

總之,任何信息的傳遞速度不可能大於光速!但研究力傳遞速度是有意義的。


科學認識論


當我們以較短的鋼管比方說幾米長的鋼管實驗時,你感覺剛一塞入一個鋼珠,另一端就掉出來一個,似乎是同時發生的,其實不是,只不過是其中的間隔時間太短,我們沒有感覺到罷了。

但是,如果是一截5000公里的鋼管,這樣你在試試呢,你會發現你居然摁不動?是的,你沒有那麼大的力氣摁一個鋼珠塞進去,因為你的力氣無法對抗的了那麼多的鋼珠與管壁之間的摩擦力。

但,這是思想實驗啊,可以忽略,試著在理想情況下會怎麼樣呢?

在絕對光滑的管壁上塞下多餘的那一個鋼珠,會在同時刻使另一邊的一個鋼珠掉落嗎?不會的,因為力的傳遞是需要時間的,力不是瞬時作用。自然界有四種力,拋開強力、弱力、引力,壓力是什麼力呢?

壓力是屬於電磁力的範疇,因為總共就這四個力,排除法也知道了。

所以,一個鋼珠推動另一個鋼珠再去推動另外一個鋼珠,這其中力的傳遞是需要時間的,最快是光速,不會超過光速。

所以題主你的這個思想實驗以失敗而告終。


科學船塢


一頭塞入鋼珠,另外一頭並不會瞬間掉落,題主把這個大前提都搞錯了,當然也不會有超光速發生了。

鋼珠的位置變化是一個傳遞一個的,第一個受力移動驅動第二個,第二個驅動第三個,第三個驅動第四個,以此類推至到最後一個。這個過程中驅動力的傳遞是一個傳一個的,而且力的傳遞是有速度的,最高也就是光速!所以如果真的管道足夠長,當我們推動一個人彈珠時,最後一個彈珠要很久才會產生位移!因此也就沒有超光速一說了!


這裡需要記住的是,一旦距離很長,力的傳播速度就不得不考慮了。距離短的時候,因為力的傳播時間很短,所以可以忽略不計。但是一旦距離足夠長,這個時間就必須考慮在內!就像引力一樣,傳遞速度就是光速。太陽距離我們8光分,如果太陽突然消失,地球上八分鐘時才會感受到太陽引力消失!這就是因為太陽對地球的引力,需要傳遞8分鐘!



所以說,超光速並不存在。這已經是理論所證明的,我們也無需再想些歪點子超光速了。


科學探秘頻道


愛因斯坦相對論關於光速有下邊兩個描述:有靜止質量的物體達不到光速;信息的傳遞速度速度不能超光速。

圖:牛頓擺

先聲明一下這個問題跟牛頓擺沒什麼關係。題目中的設定跟牛頓擺形式上比較類似,在一根鋼管中裝滿鋼珠,從一端塞進一個鋼珠在另外一端就會掉出一個鋼珠,如果鋼珠是理想剛體、同時鋼管足夠長,那麼就實現了“超光速”。

但實際上都說了剛體是理想狀態,現實生活中根本不存在,力在鋼珠中的傳遞速度大約是5000米每秒。這就意味著一個力氣無窮大的人在一端推鋼珠,另一端的鋼珠並不會立刻就掉落下來,力是在傳遞中的。同時鋼珠之間會有彈性變形,如果鋼管太長鋼珠太多的話甚至會發生塑性變形,所以只放進一個鋼珠另外一頭可能並不會有鋼珠掉落下來。

現在關於超光速的問題已經有兩個例子了,宇宙的膨脹速度和量子糾纏的速度,但是這兩個並不違反相對論。一個膨脹的是空間,一個並不能進行信息傳遞。



科學黑洞


又來了一個類似10光年棍子、5光年輪子的題目,這個塞滿鋼珠的管道有10光年棍子一捅,5光年直徑輪子一轉厲害嗎?

這種“科學”問題已經答過若干次了,還是變個說法層出不窮,而且還很有熱點,說明吃瓜群眾還是喜歡此類問題,還迷惑了許多人,科普作者就有義務再說,直到把這類問題說死。

前面一些朋友也反覆答過此類問題,還來說也是這個道理,時空通訊不甘落後,也來湊湊熱鬧。


簡單說,這個世界上有四種力,一般來說,強作用力和弱作用力只反映在微觀狀態,原子以下級別的相互作用關係,而宏觀力主要有電磁作用力和萬有引力。

萬有引力主要表現在天體之間的相互作用,但又是最長的力,理論上可以無限遠。但這種力又是最弱的力,一般在宇宙大尺度、大引力場中才能夠明顯體現。比如太陽系各行星圍繞著太陽公轉,太陽圍繞著銀河系公轉,都是萬有引力作用的表現。

而表現在我們日常宏觀最常見的力就是電磁作用力,除了萬有引力,我們所能夠看到的一切物體運行,都是電磁作用力的範疇,它包括電力、機械力、摩擦力、聲波等。而所謂棍棒運動、齒輪運動、鋼珠滾動,都屬於機械力的一種,它們運動遵循機械波規律,而機械波運動速度與聲波相同。


所以鋼珠的運行與鋼棍的運行都是機械波速度,也就是聲波運行速度。

聲波在空氣中傳播速度為每秒340米左右,在鋼鐵中運行速度為每秒約5000米。因此用鋼棍捅一下,傳遞速度也就每秒約5000米,如果這根鋼棍有1光秒長,捅一下這頭的力傳到那頭也要6萬秒,也就是光速的1/60000,更別說1光年、10光年了,自己去算吧。

關於聲波和鋼棍力的傳遞速度人們已經做過很多實驗,證明就是這麼回事,前面朋友已經說了很多,過去我也有過很詳細實驗過程介紹,就不在這裡重複羅嗦了。

鋼珠還和鋼棍不一樣,每個鋼珠靠得再緊,也比鋼棍中的原子間隙大多了,而且鋼珠還與管道有摩擦力,所以傳遞速度肯定也比鋼棍慢多了,還有比較的意義嗎?

這種玩意怎麼能夠與光速比呢?我不知道今後還會有多少這樣的問題出來,但我想這不會是個終結。

另外這個世界上是不會存在以光年計的長棍或者齒輪的,也不會出現以光年計裡面藏著鋼珠的管道。

因為萬有引力作用不會讓任何物體長到這麼大,這麼大範圍的稀薄氣體都會被自身引力漸漸凝聚成團,最終形成向中心坍縮的態勢,核心溫度和壓力劇增,激發核聚變,形成一顆恆星。

太陽和太陽系就是這麼來的,如果真有這麼長的一根棍子或管道或齒輪,它門會迅速收縮為一個星球。

我們思維實驗一定要在現有的公理框架下進行,才有意義。

就是這樣,歡迎討論。

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時空通訊


當管道足夠長,長到你能驗證光速,那麼鋼珠的數目是天文數字,質量也是天文數字。就假定你的力氣也是奇大無比,仍然能推的動,但是力的傳導在這樣長的距離上也是需要時間的啊,如何就能瞬間在盡頭掉一個?你在現實世界推一小段鋼珠,感覺這邊一推那邊就掉,然後就想當然的推理到天文級的距離上?你還是多學些物理知識吧,腦子充實了以後提問題能靠譜些。


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