有一个长一万光年的棍子,在一端推它一下另一端的人会立刻查觉到吗?能超光速吗?

比邻星上的黑旗帜


不会,这么长的棍子只能想当于超长弹簧,这边怼一下传到那边很慢,甚至根本传不到令一边。


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如果有一根长一万光年的棍子,如果在一端推它一下另一端的人会立刻查觉到吗?能超光速吗?

这是一个非常非常有意思的问题,因为我小时候也想过,而且也曾自以为已经找到了一个相对论的漏洞。但是我在长大后才明白了,这个世界上有很多知识都是隐藏答案,如果你了解的不够多,是无法进一步探究的。

受力分析的世界不存在

在高中的物理中我们学会了力学分析,在这个力学分析的世界里存在着很多神奇的结构,比如光滑没有阻力的平面,比如绝对刚性的小滑块,比如可以传递无限力矩足以撬起地球的杠杆。

当然,我们必须意识到,这只是一个思想模型而已,现实世界中根本不存在这样的东西。所以在力学分析世界只要对其施加力就一定会无延时无损耗传递到另一端的棍子其实也是不存在的。

一根现实世界的棍子必然是由明物质组成的,也就是我们一般意义上所说的原子核与电子。那当我去触摸棍子时,到底发生了什么?我们可以想象一下——与我们手接触的第一个原子会推一下第二个原子,第二个原子也会推一下第三个原子。

那么如果我们再放大一点,在两个原子之间出现的“推”到底是个什么东西呢?是两个玻璃球一样的原子相互挤压吗?所以这样传递力其实是不需要时间的?

并不是,原子与你想象的根本不一样,它们不是一个个刚性的球,它们是一个个非常非常空旷的微小空间,在最中间有一个极小极小但是非常重的,可以被认为是质点的东西,那个就是原子核,而且这个微小空间中还弥漫着一种类似雾的东西,如果这团雾与其它物体发生信息交换作用,就会变成一个个小点点,这些小点点也就是人人耳熟能详的电子。

原子间的力是如何传递的

那两个原子之间的挤压是怎么回事呢?就是原子外的两团雾之间产生了排斥,也就是电子与电子之间产生了“同性相斥”的作用(当然其中的具体过程非常非常复杂,在这里我就只能定性地描述)。

那么让我们再一次地追根刨底吧——为什么电荷会“同性相斥”?是什么在传递两个电荷之间的力?

可能你会觉得无厘头——同性相斥就是同性相斥呀,还有原因吗?

对,这就是普通人与物理学界的差距,你想到过的物理学家早已经解决了;你没有想的,不敢想的,物理学家也已经解决大部分了。

从这里开始,我们需要一点点量子力学的知识,放心这一部分与什么猫什么纠缠一点关系也没有。

在中学教材里我们知道电荷周围存在电场,电场线的方向决定了同性相斥异性相吸。但其实无论是场的概念还是电场线都是辅助理解与计算的模型,它们的下面还存在着真相。

你需要知道的是——我们看不见摸不着的电场并不是超距离感应,而是由无数极微小的粒子在传递着力的作用,同性电荷之间的斥力就像是两个喷泉在对喷一样产生斥力。

这些极微小的粒子就电场的量子,是构成电场与磁场的基本粒子。

那么这些量子叫什么呢?说出来可能会让你大吃一惊,它们叫——光子!

是的,电磁场是由光子构成的,不过当我把这句话说出来的时候可能你又会觉得……怎么如此熟悉?当然了,因为“光是一种电磁波”是初中生都知道的基本知识呀!

所以,现在你是否已经注意到一个基本事实了……原子间的斥力与光连在了一起!

力的传播上限是光速

是的,两个电荷之间的斥力也是有传递时间的,决定这个时间的就是光速!事实上宏观世界只有两种力——引力和电磁力,我们所能想到的所有力都是电磁力的各种不同形态,而且电磁力传递的上限——就是光速。

这也就是说,想象一下,就算你能做出一根完全由原子核一个紧贴着一个的棍子,你推它一下,力的传递也不会超光速的,光速是一种比你想象中的更基本,更接近宇宙真理的特殊值。

现在让我们回到现实世界,用“富有弹性”的原子制作的棍子,当然传统速度就更慢了。其实有人真的这么测了,结果可以说是意料之外情理之中,力传递的速度与该材料内声音传播的速度一毛一样。细细一样这简直是太理所当然了,声音不就是振动么,振动不就是力么……原来我们一开始就已经知道答案了啊。

对了,声音在钢材中的传播速度大约是5200m/s,你看,果然很慢吧。

我是酋知鱼,一个会水稿的科学创作者,欢迎关注!


酋知鱼


有一个长一万光年的棍子,在一端推它一下另一端的人会立刻查觉到吗?能超光速吗?

为了超光速啥脑洞都有,一万光年的杆子有多长哦,即使真有也会因为受到各种天体的引力作用弯曲了,毕竟一万光年内星系还是很多的,当然今天不用相对论,也不用史瓦西半径计算公式,直接从最简单的物理现象来解释这个能超过光速不?

其实宇宙中有一个“超级棍子”的案例,这就是M87星系中央的黑洞两极的等离子喷流,长达4900光年,当然距离1万光年还有些距离,但这已经是能找到的最长棍子记录了!

还是回到这根1万光年长的棍子吧,想必也只有悟空能任意长短的金箍棒能满足要求了;尽管举例的是神话传说,不过咱讨论的却是科学问题,因为我们生活在现实世界中!无论这个棍子用什么材料制造,完成后又放置在哪里,它都改变不了一个属性,即受外力作用时将会变形,即使再小的形变累计之后也将成为一个极为恐怖的数字,那么我们来假设下,如果这根棍子在收到无限大的推力时(保证能传输到1万光年以外),在每米的距离上仅仅只形变一个质子的距离,也许这已经是传说中的刚体了,想必也没有人可以找到如此高强度材料,那么来计算下:

质子直径:约为1×10^-16M

一光年为:9460730472580800米

那么一万光年为:94607304725808000000米

总形变为:9460.73M

也就是在推这根几乎无限长,用无限力推动时,它动总形变距离可达9.5千米左右!当然可以相信这不是你所关心的,因为各位会想象这形变9.5千米以后的传输速度,毕竟都推到9.5千米了,也不在乎再推几个千米!

但很抱歉,无论多大的力,它的传播速度都无法超过声音在这个近似于刚体的介质中,如果这个材料是钢铁的话,那么它的传播速度计算方式为:

V =√(E/ρ)

E 为钢材的弹性常数

纵波:E为杨氏模量,

横波:E 为切变弹性模量

ρ 为钢材密度:一般取值为:7.8×10^3 kg/m^3

根据常见钢材的性能参数,一般认为声波在钢材中的传播速度为:5100m/s

即5.1KM/S,这个速度甚至都不如旅行者速度高,到达1光年外都要数千年甚至上万年,更不要说1万光年了!

最后再提醒下,有静止质量的物体是无法达到光速的!


星辰大海路上的种花家


这个这问题,我曾经想过,请教物理老师也没得到答案,只是说,你学多了就会知道。

后来我想明白了,我就用中学物理的观点来解释一下这个思想实验,当然需要一点相对论知识。本题题目说的并不严谨,他说的棍子其实是指一种思想出来的理想刚体。既质量趋于0,硬度无穷大,绝不弯折,拒绝形变。

任何信息或能量的传递不可能超光速!力的传递也不能超光速。这是相对论的铁律,我们必须尊重这个铁律。否则所有争论都变成了相对论是否正确?而没有意义了。

那么细心的读者会发现一个矛盾,既无形变的刚体传递力的时间一定是零,与传递距离大小没有关系,那么必然力是直接传递到一万光年外,而不需要时间。既出现了力的传播速度可以无穷大的结论。这与相对论光速不可超越直接矛盾。到底怎么回事?

那我们不妨假设相对论绝对正确,但是,力为什么没有直接传播过去?只有一个解释,那个所谓理想刚体出现了形变。这又于假设的无形变刚体相矛盾。对了,问题就出在无形变的假设上。

无形变刚体在理论上可以存在吗?根据初中物理的牛顿第三定律,我们就可知作用力和反作用力方向相反且大小相等。那么有人来推这个理想棍子,这个理想棍子反过来也会推人。这个反作用力的本质上从哪来的?不错,就是物体形变!例如,桌子上放的茶缸对桌面产生一个压力,桌面也会给茶缸一个支持力。而压力和支持力本身都是来自形变的弹力。

不形变就没有弹力!现在假设桌子就是无形变理想刚体。那么问题就清晰了,茶缸对桌面的压力还在,桌面因为无形变而没有弹性支持力。二力不在平衡,茶缸会向下运动,这时桌面又是怎么允许它向下运动的?荒谬的现象立刻就出现了。

所以,这个理想的无形变的刚体棍子在理论上就是不可能存在。既然存在形变,长距离的棍子也就变成弹簧,那么力的传播当然需要时间,速度不超过光速也就不难理解了。


科普军


爱因斯坦也太“笨”了,如此简单的“超光速”例子都想不到!你也太“聪明”了,如此简单明了就推翻了相对论!

玩笑归玩笑,但也能够说明且不说一万光年的棍子是否存在,即使真的存在,无论你如何推,都不可能达到甚至超过光速,不然相对论早就被推翻了!

之所以有些人总是用各种想象中的例子试图完成超光速,但无一例外都是在不切实际的想象中,不由自主地陷入到牛顿的绝对时空观中不能自拔,但他们不认为自己在用绝对时空观在思考问题!

实际上,推动一根长度一万光年的棍子,速度不仅远远达不到光速,甚至连音速都达不到,而且推动力在传递的过程中很快就分散然后消失了!

不然的话,我们中国人以跺脚,地球另一面的阿根廷人就会感觉到跺脚产生的震动,这也太疯狂了!

力的作用有很多种,最常见的引力传递速度确实正好等于光速,但我们用手完成的推动力的传播速度远远小于光速!

再说了,一万光年的棍子也不可能存在,如此长的棍子早就坍缩为黑洞了!所以少一些不切实际的想象,多立足于现实!


宇宙探索


不会立刻察觉到,也不会超过光速。

一是因为推不动。如果真的推动了,它也需要分子和原子之间的力逐步传递一万光年的距离,虽然不知道得过多久才能传过去,但必然比光速要慢。

二是因为接收者不可能立刻察觉。不要说一万光年,就是一米的棍子推给你,等你察觉到的时候,都已经“很晚”了。你的神经电流让你大脑反应过来的时间,够一个光子绕地球转一圈了。

三是接受者根本无法分辨是另一头在推动,还是棍子自己在摆动。真的,假设有一个超过一万米的棍子存在,它自己的摆动就已经能把人敲成肉饼,相信我,没有人愿意靠近它!你还敢假设一万光年?是想横扫一个星系吗?


狼财精


一根长长的棍子是否能够超光速传递动能呢?从理论上讲是可以的。

不过要实现力的超光速传递,这里有四个前提条件,一是组成棍子的物质必须是不会变形的。也就是说,构成棍子的物质必须坚硬无比,不会发生一点点收缩变形;二是需要有瞬间推动(拉动)棍子全部质量运动的力;三是需要真空环境条件。因为非真空环境下,棍子的运动会与环境物质产生摩擦力,摩擦又会产生迟滞力,降低传递速效;四是不能受到环境引力作用。因为引力会给棍子带来重力影响,同时给棍子造成弯曲,棍子在远距离上进行力的传递时,必需要做到直线作用。在现实中,我们人类是显然做不出这样一根棍子的。

那么在自然界,是否存在这样的一根超光速传递力的“棍子”呢?有!它就是磁力线中的电子线。

磁力线是由电子与电子之间通过异性相吸力所排列起来的线。它需要经过磁化后的大质量体上形成。理论上讲,电子线只要在满足条件的情况下,它可以通过异性连接来无限叠加成一根无穷长的线。而且电子又是个坚硬无比的质量体,它的组成物本身不会发生变形,也就不会出现力的传递损耗所导致的延时结果

我们应该知道,海王星能够绕太阳旋转,那是因为太阳磁力线与海王星质量电荷(磁力线)之间的异性相吸力作用结果。太阳发出的磁力线长度远超八大行星轨道范围。假如太阳磁场磁力线突然消失,那么这个力对太阳系外面的海王星就会瞬间失去引力牵制作用。即海王星会立即改变运动方向并逃离太阳。但就是不要等上N个地球小时才会失去太阳对海王星的引力控制。所以说电子线一端的伸缩运动或干涉而假如被隔断,就能做到超光速传递到另一端的作用效果。所不同的是:一个是用力推棍子;一个是用力拉(纠缠)质量体。二者都是试图实现力的超光速和远距离传递作用,其力的作用原理相同。因而用引力介质——电子线的远距离作用来说明力是可以实现超光速传递的。


海门老冯


首先对很多没看懂题主提问真正用意的人解释一下,题主的意思并不是说动了棍子A端,B端的移动速度就超光速了,而是说“棍子A端动了”这一信息,超光速传送到了B端。

题主如果以另一种方式提问不易让问题有歧义而且根本用不到一万光年这么大的尺度:假设棍子A端在地球上有人以莫斯信号的方式拨动棍子发报,在火星上B端的人是否能立即收到信息?如果是立即收到,那么信息是超光速传播的。

下面试着解释一下:

首先,相对论不仅仅是定义了光无法超越光速,信息也无法超越光速。题主做出的假设正是想解决信息传输超光速的问题。

题主的假设是此棍子是以静质量为零,理想刚体为材质制作,那么答案可以确定,A端动的同时,信息就传播到B端了,信息传播可以超光速。但这仅仅是理论假设,和假设“这棍子是种超光子介质,光子从A端进入,同时就会从B端射出”没有本质区别。虽然看似是假设了不同的条件,实则本质没有区别。

理想刚体不存在,超光速信息传输就不存在。如果不是理想刚体,你可以把这根棍子想象为一根硬质弹簧,拨动A端时,棍子内部是以波的形式来传输这一信息,无论如何拨动棍子,是横波还是纵波,只有在棍子的震动频率趋于无穷大时(理想刚体),信息才能实时传送出去。

其实题主的问题只是犯了个低级错误,那就是试图用牛顿力学来解释相对论。


shedir


那些说什么力的传输速度,什么棍子内部的原子之间必须没有空间,我认为没有触及这个问题的本质。我也有过一样的假设和想法,但我认为这不是超光速,这是超距作用,看上去似乎是信息传递超过了光速,但实际上是一个整体的运动同时性。个人推测认为量子纠缠就类似于此,纠缠的两个量子,无论相隔多远,实际上还是一个物体。那“它们”是如何被看不见的关系“绑定为一个整体”呢?如果假设世界是个大程序,那就很简单了,程序里这么写:如果A动,则B反向运动。问题解决。


夜摩之


很有想法

这跟棍子一定要够硬,硬到什么程度呢,比黑洞还硬

已知用最硬的黑洞大概能弄个0.几光年的棍子,那么比黑洞还硬的物质拥有多大的引力呢?

所以说你如果能推动一下,那你只可能是一个人,上帝,那么光速你定义呗,想多少是多少



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