力的傳播速度比光速快嗎?

迪斯哥

我曾經在2001年看過一本加拿大人寫的書,這個加拿大人是一個工程師,業餘喜歡鑽研宇宙學,有自己獨特的理論,也就是俗稱的"民科"。他寫的書的名字叫做《終極理論——反思我們的科學遺產》。他在書中提出,宇宙大爆炸理論是錯誤的,萬有引力也是不存在的。他指出,假設一個人在飛機上往地面上跳,人和地面最終會接觸,之所以會發生接觸,不是因為地面的萬有引力把人吸引過去,而是因為人和地面都在膨脹。由於膨脹,人和地面就會最終發生接觸。他計算了一下,提出,世界上所有的原子都在膨脹,每時每刻都在膨脹,平均每秒鐘要膨脹自己原先尺寸的一百萬分之一。

宇宙大爆炸學說認為,是宇宙空間在膨脹,而天體在互相遠離,這種天體本身是不膨脹,膨脹的是空間。這個加拿大人認為,宇宙大爆炸的說法是錯誤的,膨脹的不是空間,而是物質本身。比如,魯迅向崔永元臉上打出一拳,這個拳頭之所以落在崔永元臉上,是因為魯迅的拳頭和崔永元的臉的尺寸同時發生了膨脹,因為膨脹,所以魯迅的拳頭和崔永元的臉之間的空間距離發生了縮短,並且最終碰撞到一起。


(是拳頭本身在膨脹嗎?)

這個加拿大人為了否則萬有引力,提出一個疑問,或者叫做物理學上的"漏洞"。他說:

太陽如果突然不存在了,太陽的引力就會消失,地球上的人應該馬上就知道這股力沒有了。但是,地球上的人必須8分鐘後才知道太陽不見了,因為太陽光傳遞到地球需要8分鐘。

加拿大人就說,這證明了萬有引力比光速要快,而這種結果就打破了愛因斯坦的相對論。

這本書是90年代出版的,那時候,還不確鑿的知道萬有引力的速度是不是可以超過光速。之後,科學家們通過天文觀測,證明了萬有引力的速度就等於光速,這樣就推翻了這個加拿大人的假設。萬有引力也要傳遞信息,而信息傳遞的上限就是光速。


懷疑探索者

這是個深邃的疑問,類似於愛因斯坦挑戰牛頓萬有引力時的心理思維。做學問提出問題比找出問題的答案更重要——

牛頓定律成功地解讀了很多基本的天體運行模式,也無法解釋其它不少天體現象,如所謂太陽和地球的“心靈感應”問題和地球表面的潮汐現象。據說,愛因斯坦做過如此設想:想象你是地球,如果太陽瞬間消失的話,你會如何反應?由於光速為宇宙間最快的信息傳遞速度,太陽光線需要傳輸大約8分鐘到達地球。換句話說,太陽瞬間消失,你是馬上飛出太陽系,因為瞬間失去了太陽對你的引力,還是等8分鐘“意識到”太陽不見了,才飛出去?顯然牛頓定律對此解釋不了,因為引力間的作用被認為是無間斷的。牛頓定律也解釋不了潮汐現象,因為所有天體包括地球在引力計算公式內是按一個點來算的。

愛因斯坦具有非凡的空間想象力,他設想自己是個跟地球一般大的巨人,雙臂水平伸展而出,手提著兩個重物,地球就好像被踩在腳下的一個籃球。於是,兩臂組成的一條直線與兩個重物跟地球之間的兩條引力線形成了一個三角形。當巨人開始收縮一直恢復到相對地球而言正常的形體尺寸時,那個三角形也隨之縮小,且形狀也隨之變向矩形直到兩條引力線變回兩條平行線。愛因斯坦靈機一動,於是就意識到萬有引力不僅僅是個力的問題,分明也是個幾何問題。當然,地球不是平面而是個凸面,這便是曲面幾何了。他於是去問他的數學同行,“有沒有這樣的幾何?”答曰,“有。”實際上,高斯等幾位數學家在比當時早半個多世紀前已發明了曲面幾何,只是從未有過科學應用。愛因斯坦於是從頭開始學習曲面幾何,不久便創建了著名的相對論。

如何簡單地描繪相對論?天體物理學家Wheeler只用了兩句話,“天體讓空間怎麼彎;空間讓天體怎麼走。”相對論被認為既是科學,也是藝術。也就是說,天體如太陽由於自身的引力場使周圍的空間變彎曲了,就好像一個保齡球坐上一個蹦床,壓陷了蹦床的表面一樣;當另一個天體如地球走進太陽的引力場時,彎曲的空間指定地球按照曲面而運行,就像在塌陷的床面上滑行玻璃球,玻璃球沿著曲線或弧線而非直線而運行一樣。有興趣的讀者可以上網搜看有關講解相對論的科普視頻。

相對論的簡單故事說明了辯證思維完全可以應用於自然科學的研究。簡而言之,辯證就是改變前提的邏輯。空間由平面變成曲面,引力變成幾何。善於改變前提,辯證思維需要有清晰的整體觀和事物因素元素間的關係。上述故事實為廣義相對論,事實上,愛因斯坦在之前的狹義相對論中也成功地運用了辯證思維。不管是光源在相對靜止還是在移動的情況下,真空中所測到的光速均為一個常數。如此現象如何作解?愛因斯坦的天才解讀為:光速不變時間變了、光速不變測光速的“尺子”長度變了。乍聽起來不可思議,然而卻是後來實驗論證的事實。

在牛頓定律的基礎上,愛因斯坦以辯證思維、協調因素間的關係創建了更勝一籌的相對論。然而,超自然的數學理論只能解讀有限的天體運動,很多現象的解釋只能靠想象來彌補。無論是牛頓定律還是相對論,畢竟還是理論,可以計算兩個天體的運行關係和太陽系的運行模式,卻無法計算三個天體或三個以上天體的運行關係,它們也無法解釋星際運行的模式。

眾所周知,太陽系所有的行星圍繞太陽週轉,整個太陽系猶如一個旋轉的碟盤或扁平的陀螺。由於所受引力的差異,離太陽距離近、受引力較大的行星轉得較快,離太陽遠、受引力較小的轉得相對較慢。如果把這個天體運行模式放大沿用到銀河系又怎樣,是不是離銀河系中心黑洞較近的星系轉得較快、離銀河系中心較遠的星系轉得較慢呢?天體觀察結果並非如此,也就是說,離銀河系中心較近的星系與離中心較遠的星系(以線速度計)轉得一樣快!對此我們該如何解釋呢?大概只有兩種推理:要麼牛頓定律、相對論無法解讀星際運行;要麼數學理論沒錯,而是天體空間存在無法觀察到(也就無法實際計算)的天體物質,這便是暗物質假設的由來。什麼叫暗物質?就是看不見、摸不著,任何儀器測不到的天體。你相信嗎?天體物理學的假設有時奇妙、有時虛幻,科學可以做到神學的境界。如何解讀星際運動不符合牛頓定律和相對論,還需有進一步的整體觀、考慮因素間的關係辯證。

從牛頓到愛因斯坦,幾何空間從平面變為曲面,時間關係也從絕對成為相對。在相對論中,空間和時間變成了一個整體的概念——時空。科學發展的背後隱藏了思維的演變,即辯證對邏輯的彌補。邏輯思維側重對因素的分割、分析,辯證思維則考慮因素間的關係及其變化,兩種思維相輔相成有利於進一步成就對事物全面的整體觀。(選自未發表論文《中西思維比較:自然的關係與超自然的理念》的一節)


Lauzi

答:力的傳播速度,等於真空中的光速。


在經典力學裡面,萬有引力的傳播速度,被認為是瞬時,這點一直讓科學家們困惑不已,因為瞬時的超距作用是不可思議的。



到了1905年,愛因斯坦提出狹義相對論,指出宇宙中有效信息傳遞的最高速度,就是光速,也暗示著萬有引力不可能是瞬時的。


直到1915年,愛因斯坦提出廣義相對論,建立了新的引力理論,把萬有引力描述為空間彎曲的結果,並給出引力的傳播速度為光速。



一直到100多年後的2017年,天文學上發現雙中子星合併事件,證實了引力波的速度為光速,也間接證實了引力的傳播速度為光速。


對於電磁力,滿足麥克斯韋方程組,方程組已經給出了電磁力的傳播速度是光速。



而短程力弱相互作用和強相互作用,因為影響尺度很小,考慮傳播速度意義不大。

所以,力的傳播速度不會比光快。



艾伯史密斯

(話題影子:力的傳播速度比光速快嗎?)有新的重大發現

信息源:悟空問答

力的傳播速度大小取決於初始發力速度和傳播介質的密度與硬度。

1、當初始發力速度小於光速時,它的傳播速度就小於光速!

2、當初始發力速度等於光速時,它的傳播速度是否能夠達到光速就要看“介質”的密度與軟硬程度;當密度極大時、硬度極大時,力的傳播速度就可能等於光速;反之則小於光速!

3、當初始發力速度大於(遠大於)光速時,傳播介質密度、硬度達到一定程度,那麼力量的傳播速度就會大於光速!

例如說:

1、人類出拳速度只有那麼快,這時候你能拿力的傳播速度和光速比較嗎?

2、當恆星爆炸的時候,它所產生的衝擊波在一定範圍內,實際上是和光同步傳遞到周邊物體上的!

3、運動速度超光速(地球上測得的基本光速)的物體,其力量的傳遞如果低於光束那麼,其發光物體就將分崩解析!

註明:引力不能計算在內,因為它在我們接觸之前就已經產生了,目前我還沒想的什麼好的方法測量“引力”速度。這就好比,太陽光一直照射著太陽系,如果不知道、不瞭解光速,那麼我們是否也要以為“光”是瞬間到達地球的,但是由於我們獲知了光速的測量方法,所以才知道“太陽光”其實是經歷了“幾分鐘”才到達目的地“地球”的——“引力”也是同樣的道理。

新的重大發現:(推測註明:現在科學認為“太陽光是經歷了“8”分多鐘才到達地球的,我認為這個時間有誤,因為在太陽內部的強大外壓環境下,光速因該不止基本光速“30萬千米/秒;而是應該大於這個速度!只是離開了太陽內壓環境,自身反應強度也減弱了,所以速度才降下來的!——也就是說,如果太陽與地球的距離是按照“光速的基本速度計算”來獲得的距離數值,那麼這個數值一定有誤,實際距離將小於現有數據距離【因為初始光速大於後期速度】。當然這一思路、計算方式不實用於排在地球后面的星球,簡單來說就是地球后面的星球如果按照基本光速來計算距離因該是沒有錯誤的、或者說誤差值極小。

……

2018、4、7


自然科學理論研究者


通常我們都認為力的傳遞是通過原子間的斥力或者引力來達成的,也就相當於通過場來傳遞,而場的傳遞速度等同光速,所以三種基本力:引力、電磁力、強相互作用力的傳遞速度均為光速。


其中引力是第一種被科學家所瞭解的力,1655年,艾薩克· 牛頓認為將蘋果拉向地面的力與使月球繞著地球公轉的力是同一種力,並命名為引力,於1687年在《自然哲學的數學原理》上發表了引力定律,牛頓的萬有引力定律表示如下:


任意兩個質點有通過連心線方向上的力相互吸引。該引力大小與它們質量的乘積成正比與它們距離的平方成反比,與兩物體的化學組成和其間介質種類無關。

而在愛因斯坦的廣義相對論中,引力是由於時空的扭曲而導致的,傳播速度即場的傳播速度:一個物理的引力場有六個自由度:兩個標量自由度,兩個矢量自由度,兩個張量自由度。而牛頓引力勢,只相當於兩個標量自由度中的一個。六個自由度中,只有兩個張量自由度能夠自由傳播(無源波動方程),傳播速度在弱場背景下正是光速。

忘了補充一點:力在固體中的傳遞速度是等同於音速的。


拉拉酋長

本題,可以加速度定律F=ma來解釋。力F是因變量,m是系統所有粒子(子系統)質量的總和(一個系綜)。加速度a,通式a=v²/r,是速度的變化率,是產生力的原因。有三類現象,值得重視。

其一,當a=0,m是一個慣性系統。一個基本事實是:宇宙空間的暗物質量子皆光速,而且,其加速度皆為零,即a=0。因此,空間是任何天體的慣性參照系。

其二,當a≠0,且是短暫

的,可近似為“直線加速度”,對應的是短程力,如衝力、爆力、強力/核力、猛推力、猛拉力、摩擦力。核子間的核力:在0.8~4費米的距離內,作用力很強,超過該距離後其大小急劇下降,幾乎消失,大於10費米時,核力將消失。分子間的力,或範德瓦爾斯力,業有類似的距離效應。


其三,a是持續的,只能是“向心加速度”,對應的是長程力。如萬有引力/重力、電磁力、弱力。從微觀結構上看,a是所有電子與核子等粒子的自旋/軌道加速度的綜合加速度,寫成Σa。

似乎可以這麼理解:電子與核子的旋轉運動,產生電磁震盪,以光速輻射低頻電磁波(很難被檢測出來),其波伴隨向心加速度,表現為“向心引力場”,即萬有引力或重力場。


結論:既然,向心力來自電磁震盪,來自電磁波;那麼,引力速度就是電磁波的速度。


原道童子

牛頓的世界

牛頓的世界中,速度是沒有上限的。

舉個例子,如果現在太陽質量少了一半。遙遠的冥王星和地球上的我們都會同時感受到這一變化。牛頓在《自然哲學的數學原理》一書中只定義了一個絕對空間(以太)和一個絕對時間。並沒有提及物體運動的上限。

但是這也帶來了很多問題,光行差現象與邁克爾遜試驗的矛盾讓科學家對是否有以太產生了懷疑。

於是一個科學鉅子就此登場

愛因斯坦的世界

根據廣義相對論,引力並不是一個力只是一個幾何效應。有質量的物體能夠改變周圍環境的空間結構,使物體運動的方向發生改變。在平坦的時空內,不受力的物體會沿直線運動,在彎曲的空間中就是沿著短程線運動。

同時光速是極限速度任何速度都不可能超過光速,這是狹義相對論中提出的觀點。

因此回到我們上面的例子,當太陽的質量少掉一半時,它對空間產生的彎曲也會變小,這一變回產生的幾何效應,會以光速傳播出來,地球會比冥王星更快感收到這一變化,而不是同時。


兔肉菌

首先澄清一下力的傳播速度這個概念。 現代物理已經用場的局域作用的概念代替經典物理遠距離作用力的概念。某一點的作用力就是場在該點的場變化梯度。力的傳播速度就是場的變化傳播速度。 場的性質(場方程)決定了場的變化傳播速度。

那麼最精彩的部分來了,真空中的場方程裡得到的這個速度居然與運動參照系無關!於是我們不得不改變時空的性質以便滿足這個事實。那麼問題又來了,採用新的時空的性質後,這種時空結構裡的所有物體的運動速度都不可能超過真空中場的變化傳播速度。 所以大家看好了,我們所處的時空裡運動的所有物體不可能超過光速運動。

但是,如果我們能夠非常奇葩地拉扯時空本身(物體不運動),那麼被拉扯的時空裡的物體所經歷的位移是可以超光速的。這就是“時空彎曲引擎”的基本原理。


手機用戶3503570243

我個人認為可以想象一堆積木,你推動第一個,最後一個會在同時運動,只是不是說裡傳遞了? 往大說,第一個原子受力,那麼最後一個原子也應該同時被推動,除非中間的原子坍縮了,就好比一串積木中間的幾個被推的疊在一起。但是,力不該有傳遞的速度,因為他和光不一樣,沒有運動,而是被動的


Ron145042798

力,傳統上看,是一個純主觀概念,表達了一種感受,如日常所見與力有關的一些概念:苦力,能力,定力,壓力,心力,腦力……等等等等,如《墨子》中的定義:“力,形之所以奮也”,指出,力,是物體之所以變形的原因。現代的力的概念,已經融入了物理學中的西方關於力(F,force)的內容。具體說來包括,機械力(推力、拉力、浮力、阻力、離心力、向心力…),萬有引力,電磁力和強、弱相互作用力(核力)。作為一種主觀感受的概念,現實中,是無法找到力的表徵物的。實際上,結合了物理學的力的內涵的現代的力的概念,指的是物體之間的相互作用,是一種因果關係,而所謂力的傳播速度,指的就是相互作用的傳播速度,也就是“因事件”和“果事件”之間的時空關係。

好了,鋪墊好了。按照現代物理學觀點,力大體上分為機械力,萬有引力、電磁力、核力四種。機械力的傳播速度等於媒介物質中的聲速。而電磁力的傳播速度等於光速,與萬有引力的傳播速度一樣。以上種類的力叫作長程力,而核力則被稱作短程力,因為這種力的作用範圍限制在原子核大小的範圍之內。這麼小的微觀世界裡,物質運動已經失去了宏觀世界的一些重要屬性,如時序性和因果關係,從而變成了所謂“量子力學”的範疇,這時候再談論“力的傳播速度”就沒有尋常意義了。(請再度回想,速度,指的是事件之間的時空關係!)


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