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光速极限原理:物体无法超越光速

时间:2023-09-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:因为物体在接近光速运动时,它要由静止开始不断加速,速度越大则能量越大,根据爱因斯坦质能互换方程,能量可以变质量,由于能量很大,所以质量也会很大,越加速质量越大,所需要的力也就越大,所以越接近光速,速度增加越困难,达到光速时,质量无限大,所需要的力也是无限大,无限大的力是达不到的,所以“静止质量的物体运动的速度不能超光速”就是这样来的。

光速极限原理:物体无法超越光速

当物体运动的速度远小于光速时,物体的运动规律完全可以用牛顿定律来进行处理,可是当物体运动的速度增大到接近光速时(光速是每秒30万千米,即3×108米/秒),按照爱因斯坦相对论观点,就会发生许多稀奇古怪的变化,具体可用几个关键词来说明——“钟慢”“尺缩”“质量增”。详细说就是,动钟变慢、动尺变短、动质量变大。

一只钟如果带到宇宙飞船上,当飞船以接近光速飞行时,钟会变慢,包括飞船上的生物钟(如人体)也一样,钟变慢了又叫时间膨胀,时间膨胀就是一秒钟的实际时间不止一秒,如果膨胀了一倍,则实际上是经过了两秒的时长,钟的指针才拨动一格(仍指示一秒),如果一个人生物钟慢了一半,当他庆祝八十岁生日时,实际上他已活了160年。这就是说,在相对论中,时间不是均匀地流逝,而是可变化的。

所谓动尺变短,是指在接近光速运动的飞船上,物体在运动方向上的长度会变短,正如我们有时在电视机里看到变了形的人物又高又瘦的样子。当然,这种变短,不是真实的物体变短了,而是看起来缩短了,但实际上并没有短。(www.xing528.com)

所谓“质量变大”,物体在静止时的质量叫“固有质量”,当它接近光速运动时质量就要变大,增加的质量叫作“动质量”。这是为什么呢?因为物体在接近光速运动时,它要由静止开始不断加速,速度越大则能量越大,根据爱因斯坦质能互换方程,能量可以变质量,由于能量很大,所以质量(这里指动质量)也会很大,越加速质量越大,所需要的力也就越大,所以越接近光速,速度增加越困难,达到光速时,质量无限大,所需要的力也是无限大,无限大的力是达不到的,所以“静止质量的物体运动的速度不能超光速”就是这样来的。光速是宇宙间一切物体运动速度的极限,而没有静止质量的物体如光子、中微子则只能以光速运动,而超光速是不可能的。

超光速不可能,是指宇宙内的各种物体。但有一点要指出,宇宙本身的时空膨胀速度是可以超光速的,这主要有以下两种情况:其一,宇宙在大爆炸时由于时空涨落,即时空处于伪真空状态,宇宙发生暴涨,这时的时空膨胀速度是远超光速的。其二,我们现在的宇宙在膨胀,而且离我们距离越远,退行的速度越大,这种退行速度或膨胀速度是可以超光速的,因为它不是宇宙内物体的运动速度,而是时空本身的膨胀速度,是不受“宇宙之内”的约束的。

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