一個圓在一條斜線上無限下滑,有一天它的速度會超過光速嗎?

檸檬遊戲圈


悟空問答中有很多變著花樣地想方設法地“超越光速”的例子,但這些例子有一個特點,那就是假設的思維方式都沒有脫離經典力學和低速世界的束縛和侷限性!

比如這個問題又是這樣,用我們現實低速世界的假設去衡量亞光速世界,這樣的結果肯定是不對的,不會達到光速,更別提超越了。

簡單說下為什麼?

如果按照牛頓的經典力學,在固定力的作用下,加速度會保持一個數值一直持續下去,結果就是速度越來越來,超越光速似乎變得可能!

但相對論表明,加速度並不是固定的,同樣力的作用下,速度越大,加速度就越小!恆定力的作用下,加速度不再恆定,而是勢能恆定,需要考慮到能量守恆定律,勢能轉化為動能!

本質上講,勢能是恆定的,不可能是無窮大!假設宇宙中只有地球,那麼在無窮遠處的勢能為無窮小,地球表面的勢能最大,在勢能是有限數字的情況下,動能也不可能無窮大!

事實上,有一個更簡單明瞭的方式,那就是隨著速度的增加,需要更多的能量讓物體假如,要想達到光速,需要無窮多的能量,顯然是不可能的。

還是那句話,莫要用我們熟悉的低速世界的模式去衡量亞光速世界!


宇宙探索


根據相對論,物質的速度不可能超過光速。有很多人設想過很多“超光速”的情景,比如兩個接近光速運動的飛船相向運動;比如騎著自行車向前,自行車後面綁一個向後照射的手電筒……這些“超光速”情景無一能夠超光速,並且類似的這些設想本身就比較低級。

回到球沿斜面向下滾這個情景,假設斜面足夠長,球向下滾的過程中速度會逐漸增大。按照相對論的質量速度關係,速度越大,球的質量也就越大,相應的球的動量或能量也就越來越大。如果速度達到光速,則需要無窮大的能量。

球從斜面上向下滾,增加的動能是由其他形式的能量轉化而來的。如果是在重力場中向下運動,則是重力勢能轉化為動能。沒有哪個引力場有無窮多的能量可以提供給那個球,球的速度永遠不可能達到光速。

如果一個球從很遠很遠處無初速落向地球,在其運動過程中不考慮其他星球引力的影響,則球落到地球上的速度會是地球的第二宇宙速度。這是可以通過列方程計算出來的,引力勢能轉化為球的動能,-GMm/r=½mv²,代入數據可計算出這個速度約為11.2km/s。這個速度和光速比起來還是很小的,完全可以不必考慮相對論效應。即使落到太陽表面也不必考慮相對論效應。

如果是落進了黑洞,按照經典理論,黑洞的逃逸速度會超過光速。不過,黑洞附近的引力場非常強,此時必須用廣義相對論來計算問題,物體落入黑洞時速度仍然不會超過光速。光在真空中的速度299792458m/s是物質的極限速度,這一規律目前沒有一絲動搖。


刁博


答:不會!這裡犯了一個關鍵性錯誤,就是恆定引力場中的加速度,在相對論修正下,加速度會和自身速度有關,即加速度不再恆定!


就算你能製造一個無限大的恆定引力場,一個物體在其中運動,在牛頓力學下加速度是恆定的,但是在相對論力學下,加速度將和速度有關!



也就是說,一個速度為零的物體m,在A處的加速度為a;但是速度為0.8c的物體m,在A處的加速度將小於a;恆定引力場在相對論中不是說加速度恆定,而是勢能梯度恆定!


所以考慮狹義相對論的情況下,不能用牛頓力學的恆定加速度去計算,而是需要用能量守恆中,勢能轉化為動能來計算!

一個物體在引力場中的勢能是有限值,無論你如何利用引力加速,都不能使物體的速度超過光速;因為越接近光速時,提高速度需要注入的能量越高,而光速是不可達到的極限。




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艾伯史密斯


這個假設非常的不嚴謹。往下,這是一個相對概念,滑,這是一個不準確的動作表述,沒有限制條件,就是一直這種說法,整個命題連回答的可能性都沒有。你的意思應該這樣表述:假設在沒有大小限制絕對真空環境下,一個表面無限接近正球體的光滑物體,在一個無限平滑但傾斜向一個方向的物體表面,在一個初始力的作用下從相對高的端點開始向相對低的方向滾動,如果忽略兩個物體之間的摩擦力,假設球形物體被一個恆定垂直於平面物體接觸面的力穩定保持在平面上,那麼該球形物體的滾動軌跡是否可以判定為持續加速的直線運動?如果不限制平面大小,那麼球形物體是否有可能在該環境中,在該運動系統永遠持續穩定不變的情況下,經歷足夠的時間,其滾動的速度最終達到或超過目前已知物體運動速度上限的光速?


Comfunny


首先,一個圓球在斜坡上會下滑,這是在地球環境下得到的感性經驗,是因為在我們感官所見範圍內,地球重力場一直存在,所以在地球表面設置一個向下的斜坡,則圓球會向下加速滾動。然而如果是在太空中,沒有重力場的幫助,小球並不會沿著斜坡滾動,而只會保持小球原有的運動狀態而已。

但題主假設一個無限長的斜坡,這就需要一個範圍無限大的重力場,迄今為止宇宙中都不存在無限大的重力場,更談不上是均勻的重力場,所以這個假設的前提就無法成立。

但既然是假設,我們可以順著題主的假定有一個無限長的斜坡,外加一個無限大的重力場,因此一個小球會無限的加速運動下去,但這個滾動依舊受到愛因斯坦的廣義相對論限制,依舊無法超過光速,但理論上可以無限的接近光速。

迄今為止,我們觀測到的宇宙範圍內,數十種類型的各類大型高精度實驗,都證實了愛因斯坦的相對論是正確的而且是普適的,這個理論規定了速度的上限就是光速,相對論理論規定,任何帶有靜止質量的物質(無論宏觀或者微觀物質)都可以無限接近光速,但卻永遠無法抵達光速,這個過程可以有多種解釋方式,其中常見的解釋方式為能量-質量解釋。

根據愛因斯坦的相對論,質量與能量為同一事物,只是人類根據它們的形態不同而命名為不同的名字,一般而言把微觀粒子表達的物質形式稱之為能量,而把常規可見物質成為物質,但物質本質上是凝固的能量。

我們知道,物質運動時必定包含動能,速度越快動能越大,也就意味著物質的能量會逐步增加,而能量與質量等效,導致可以解釋為物質的質量在加大,按照愛因斯坦的運動能量公式,接近光速時能量迅速上升,對應著自身質量也迅速變大,導致小球無論在重力場中如何加速,因為自身質量變大導致這個加速過程變慢,而到抵達光速則理論計算需要無窮大的能量。

小球在重力場中運動所獲取的動能本質上是重力場勢能傳遞給你的,而在有限強度的重力場中,總勢能的能量也是有限的,是根本無法為小球運動提供無限大的能量的,因此小球的運動最終變為: 加速雖然還在進行,但加速度本身越來越慢,小球速度可以無限的接近光速,但卻永遠無法抵達光速。


楚楚夫


個人覺得他們的回答有些問題!給愛較真的朋友分享下我的看法!歡迎在評論區討論!(我不認為在這個條件下不能超過光速)

人家已經假設這個坡是無限長了!也就是說引力場的能量是無限大!換一種思路假設!假設現在速度已經到c了或者0.9c那麼這個球要不要受到引力的作用往下加速(即使加速度很小)!(要知道光在遇到強大天體時也會出現引力透鏡現象)!也就是說你即使是光速也還是要受到我引力的影響!(即使你質量變大!但並不意味著你的速度要減小(或者速度不變))也許你會拿質量無窮大說事!但人家的前提條件就是坡度無限長(也就是我提供的能量也是無窮的)!兩個無窮一定相等嗎!或是你相對論的無窮一定大呢?

我到是認為坡長的無窮要大些!為啥呢?坡長無窮長是題目假設的!是理論值!而你的相對論最多最多能管本宇宙的事!那麼普朗克質量(也就是宇宙的質量)相對論是超越不了的!也就是說相對論的前提就是你不能超過本宇宙的質量!如果超過了!起碼就證明了多重宇宙都適用於相對論(顯然這是不科學的!在宇宙誕生時的奇點相對論都解釋不了)!

我說幾個超過光速的事!宇宙擴張的速度!電磁場的傳播速度!引力的控制速度!信息的傳播速度(量子)!蟲洞!連光都跑不出來的黑洞到有東西跑出來了(黑體輻射)…你們有些人認為這都不屬於速度範圍!那請問速度是怎麼定義的!以蟲洞來講!從a到b距離時間都有了(速度=距離/時間)你不要說四維空間什麼的!就你本宇宙的觀察來看它是不是超過了!

即使你們全都正確!那把題目換一下“假設我能超越光速!請問我能不能超越光速?”!顯然條件都說能了!那結果肯定是能!那現在人家都假設無限長了!為啥就不能超過呢?

不是說相對論不好!而是說大家應該動腦思考!相對論的推導公式我也很熟!但是現實是檢驗理論的唯一標準!推導出來的東西也不一定是正確的!舉個栗子:一粒稻穀不能說成一堆!那麼兩粒稻穀也不能說成一堆!…也就是說再多的稻穀加起來都不能是一堆!(這顯然與現實相反)!

相對論是怎麼推翻經典力學的!以後的科學理論就怎麼推翻相對論!


大達達


這是一個場問題,在速度中我們知道有運動和靜止,並且運功和靜止是相對抽象的,從而一個圓在斜面上無限下滑只能是一個運動物在一個靜止物的對立統一抽象內秉中存在的圖像,並非世界客觀性的相對統一上的存象,它所表達的是這圓正在靜止的斜面上下滑,注意,在真空中且外部內部的合力都為零時,圓下滑嗎?!以此擁有下滑,就擁有外力因素,是在相對平直的空間中,圓自身的重量在壓強要保持一至下才下滑,而光速,我認為有種場的感覺,火柴棍的光幾里外能見,煹火的光幾里外能見,它們的相差在視覺上和火的發源上都是火源的大小上是正比的,這裡有一個問題也就是說原本速度上不是一個本質性的相對同質感的速度,它們的速度永遠是不等的,除非你把它們的場刻意的加減相對在一至上――太陽能把光傳到地球上,地球上的火柴棍能把光傳遞到幾多遠“光速是一至的”,所以光速也是相對的,在終極的對立統一範圍上不無其二的,都看儲意的爆發點多大帶動物質的運動,形成的連慣性――距離是成正比的


蕊香益人


圓?斜線?下滑?你說的是什麼?沒有一點科學素養。如果你說的是幾何圖形,那只是數學而已,沒有實際意義。如果你說的是有質量的實物,一個圓球,在垂直於斜坡底邊的方向有重力牽引,比如斜坡放置於地球表面,那麼圓球不斷下滑,用不了多久就遠離地球引力了,最終連萬分之一光速都不可能達到。你的想法很簡單,換一個簡單明瞭的提問方式,就是一個物體被持續不斷加速,最終能不能達到或超過光速。

以目前的人類所認識的的物理學來回答是不可能的。因為物體的質量會隨著速度的增大越接近光速越無限增大,使物體加速需要無限的動能,宇宙無法提供無限的動能。


lgp3651


首先它不會達到甚至超過光速,其次它也不能達到很大速度,這個最大速度取決於斜面坡比。最大速度與坡比正相關,如果坡比達到無窮大,也就是相當於無摩擦自由落體,斜面垂直於水平面,這時還受到空氣阻力的作用,質量相對單位體積越大,空氣阻力相對越小,加速度越大,相同時間內速度達到的最大值越大,若在大氣層中釋放物體,最終到達海平面可能也就十萬量級每秒,遠遠不能達到一億量級的光速。






AppleseedMaya


不會。物體的能量在不斷提高,可以達到無窮大,速度在不斷增加最大可以達到光速c。

物體的速度利用質能公式可以由物體的能量倒算出來。換句話,有質量的物體達到光速c時其能量也已經達到無窮大了。

不過利用更簡單的幾何作圖法,也可以算出物體的速度。

假設質量是m,靜能就是mc²。增加的動能很簡單,完全由勢能轉換來,即mgh。總動能就是mc²+mgh

以靜能為直角三角形的一條直角邊,總動能為斜邊,那麼另一條直角邊其實就是動量。如果指定斜邊是光速c,這另一條直角邊就正好是物體速度的大小。


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