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为什么光速是速度的上限

时间:2023-08-20

但相对论表明,光速是速度的极限,飞行器是不能被加速到光速的,只有诸如光子、胶子之类的无静质量粒子才能达到光速

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如果从经典物理学的角度来看,只要给一直给太空中的飞行器一个大于零的合力,由于飞船的质量保持不变,其加速度大小恒大于零:

在这种情况下,飞行器的速度就会变得越来越快,并且最终迟早会超过光速,达到远远快于光速的地步。但相对论表明,光速是速度的极限,飞行器是不能被加速到光速的,只有诸如光子、胶子之类的无静质量粒子才能达到光速。

原因在于,牛顿第二运动定律中的质量是一个变量,只有在速度远低于光速时才能认为是一个常数:

事实上,运动质量m会随着速度接近于光速而大幅度增加,由此引发的相对论效应不能再忽略。运动质量m与静质量m0有着如下的关系:

基于此,可以推导出如下的相对论动能公式:

对于飞行器这样有静质量的物体,一旦速度无限趋于光速,运动质量以及动能就会趋于无穷大,所以飞行器无能怎样加速都无法达到光速,更不可能超过光速。

考虑到宇宙之大,遥远的系外行星都在光年之外,而河外星系更是在几十万甚至上百亿光年之外,那么,无法以光速运动的我们是否就不能进行星际旅行了呢?

其实不然。虽然局域速度被狭义相对论限制了,但相对论还有其他非常重要的推论——尺缩和钟慢效应。对于地球上的观测者来说,飞到几十万光年之外的河外星系,飞行器需要几十万年的时间才能到达。

然而,对于速度足够接近光速的飞行器来说,飞到河外星系可能只需几年甚至是几天的时间,因为飞行距离会被压缩到只有几光年甚至几光天,这就是相对论所说的时间和空间都是相对的。

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网友评论
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显示评论内容(2)
  1. 仟仟2023-11-08 21:48仟仟[江苏省网友]203.93.8.112
    希望我的理解能够对你有所帮助!
    顶3踩0
  2. 元2023-09-29 14:38[河南省网友]203.5.190.18
    作为网友,我觉得光速作为速度的上限可能是因为在相对论中光速被视作不变的常数,超过光速会导致时间、空间等物理量出现奇异的结果,可能是宇宙规律的一种限制。
    顶9踩0
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