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不管是鸡蛋还是铁球,只要达到光速,都能够击穿地球吗?

时空通讯 2020-11-11 浏览250次
不管是鸡蛋还是铁球,只要达到光速,都能够击穿地球吗?的头图

这个问题本身其实是一个误区,这是基于回答网友提问:一个10kg重的铁球光速撞击地球,能把地球撞穿吗?

这种类似问题过去已经说过多次了,但每一次说完后都会有不同稀奇古怪的问法出来,好像永无穷尽。如原来讨论过1根针达到光速会怎样,一个鸡蛋达到光速会怎样等等。其实答案都是一样的,这就是:

  • 任何有静止质量物质都无法达到光速,一个电子也不行。

这是爱因斯坦在狭义相对论里面论证得出的结论,这个论断问世后,经历百年多的探索发现和实验检验,颠扑不破,只有顺证,没有反证。这个结论成为一道越来越牢固的杠杠,贯穿在现代物理学之中,抽掉了这个杠杠,整个现代物理学,包括量子力学都要瓦解。

因此可以说,现代物理学是建立在光速不变、光速恒定、光速极限基础上的,光速已经成为物理学中的一个最重要常量,这个常量就是真空光速为299792458m/s(米/秒)。任何有质量物体都无法达到这个速度,更无法超越这个速度。

人们常说的量子纠缠、宇宙膨胀、虫洞穿越、时空折叠或曲速引擎等现象,会超越光速,甚至具有超距作用,但这些现象并非有质量的物质移动,不携带能量和信息,因此不属于光速限制范畴。

  • 物质运动受相对论质增效应限制。

光速的传播媒介是光子,光子严格定义为没有静止质量,也就是静止质量为零,由此,光子运动速度不需要能量支撑,因此光子一出生就以光速传播。而任何有静质量的物体,提升其运动速度都需要能量,并且会随着速度的增加,所需能量呈指数级增加,本身的动质量也会呈现指数级增加。光子虽然没有静质量,但也有动质量,所以我们会感到光压。但光子的动质量很小,现在科学家们得出的光子动质量上限为10^-48kg。

任何物质,都会随着运动速度的提升而增加动质量,这就是狭义相对论中阐述的质增效应。狭义相对论关于质速关系的推导过程很复杂,但结果可以用一个简单公式表述,即:M=m/√[1-(v/c)^2]。在这个公式中,M是物体的动质量,m为物体的静止质量,v为物体运动速度,c为光速。

从这个公式我们可以推断出,当一个有静质量的物体速度较慢时,动质量增加是很小的,因此,在低速宏观世界,牛顿力学是近似适用的;当速度越来越高,达到光速的一半以上时,各种相对论效应就出现了,比如质增效应、时间膨胀效应等等,这时要精确描述物质运动就必须采用相对论力学来修正了。

根据质速关系公式,当物体运动速度达到光速的99.99%时,动质量会增加70倍;随后速度每提升两个9,动质量增加1个数量级,随着越来越趋近光速,其所需能量和动质量就会越来越趋于无穷大。

  • 动质量无穷大是一个悖论。

何谓无穷大?就是我们已知世界没有无穷的,包括宇宙质量都是有穷的。有人计算过可观测宇宙的质量约为10^53kg~10^54kg,目前不可观测宇宙尚无法定量,但基于科学界共识的宇宙标准模型,也就是大爆炸宇宙论,宇宙从一个奇点爆发而来,其质量即便再大,也是有穷的。

1个电子的质量只有9.109x10^-31kg,根据质速关系式计算,其达到光速99.99%时,动质量将达到约6.43x10^-29kg,如果后面再跟上100个9,其动质量就将增加50个数量级,就达到6.43x10^21kg了,这个电子的动质量差不多就是月球的1/10了;只要后面再接近光速66个9,其动质量就超过可观测宇宙的总质量了。

我们想想,要让一个电子达到光速,将整个宇宙所有能量来催动都不够,且其动质量突破了整个宇宙总质能,这是个什么概念?这难道不是一个莫名其妙的悖论吗?因此质增效应如果正确的话,光速就是一个无法突破的杠杠,凡有静质量的物体都无法达到光速这个杠杠。

  • 那么质速关系确定的这个杠杠正确吗?

狭义相对论问世100多年了,观测的所有物质运动都符合这个杠杠要求。这个世界可能还有许多没有被人们发现的物质运动,有人就老幻想着出现超越光速的物质运动,到时候就可以推翻相对论,改写物理学,创立一个惊天动地的理论。

但可惜的是,迄今并没有这种空间和迹象,验证了100多年的所有物质运动,包括接近光速的宇宙高能射线,大型强子对撞机无限接近光速的电子束、质子束,催动能量和质增效应都严格符合质速关系公式的测算,精确验证了相对论质增效应。

基于此,任何有质量的物体都无法达到光速,是一个永远也无法突破的杠杠,是咱们这个宇宙的法则。不管是一个电子、一个质子、一根针,一个鸡蛋,还是一个10kg的铁球,都必须遵循这个法则。而且不管什么物质,哪怕静质量再小,如果能够达到光速,就不是撞穿或者毁灭地球的问题,而是毁灭整个宇宙。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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发布媒体:好百科 作者:时空通讯