假设一棵树高10光年,有人砍断这棵树,树倒下的速度会不会超过光速?

Letnow653


题主是想用这个思想实验来证明光速是可以超越的吧?

一颗10光年的树生长的星球会有多大?直径起码几十光年吧?这样的星球已经是一个相对论天体了,它甚至连核聚变都来不及点燃就会直接坍缩成黑洞。这颗树也会是这样。所以,这个思想实验太蹩脚了。

图:这颗树坍缩成的黑洞堪比银河系核心的超级黑洞


有的“民科”提出了这样一个思想实验:有一根足够长和足够结实的棍子。如果拿着棍子的一端快速挥舞,棍子另一端的速度就会大于光速。这个思想实验差不多等价于题主的问题,但高明多了。



这个思想实验成立吗?当然不成立,而且错漏百出。

其一:这个思想实验引用了“刚体”的概念。在物理学里,为了研究的方便,如果物体的形变对研究结果的影响较小,可以认为这个物体是一个不会变形的“刚体”。显然,这个思想实验中,不能用到刚体的概念。

其二:机械能的传递是依靠机械波的,而机械波传递的速度只有区区每秒几百米,远低于光速。

其三:狭义相对论告诉我们,有质量的物体在加速时质量会增加,越接近光速质量越大,加速它需要的能量就越大。达到光速时,哪怕这个物体只是一个质子,它的质量都会变得无穷大,这样我们无法提供无穷大的能量去加速它,使得有质量的物质不能被加速到光速。



相对论诞生100年来,经受了无数实验的检验,企图挑战它的正确性无疑是白费功夫。即使有更好的理论诞生,这个新理论只会限制相对论的使用范围,而不是“推翻”它。这就像相对论将牛顿力学的使用范围限制在了低速和低引力等经典物理学范围内,而不是将它推翻一样。


讲科学堂


我不知道这样的假设意义何在,在地球上,砍倒的树会倒那是因为地球重力的原因,这长度10光年的树请问是长在什么样的星球上的呢?

地球上一颗树我们算它100米,地球直径12600千米,如果这颗树长达10光年,按理说那颗星球的直径应该是126万光年,银河系的直径也才15万光年左右。

有人说为什么要长在星球上,设想一个平地不就好了,好吧,我们设想一个足够大的平地,树长在上面。

圆周长计算公式C=2πr,r等于10光年,周长约等于60光年,树倒下最顶端末梢划过的距离是1/4周长,也就是15光年。

这颗树被砍倒之后,多长时间才会倒地呢?

这个需要看平地的重力几何?

按地球的经验来看,砍倒大约2-3秒就倒地了,乍一看我的天,超过了很多倍。事实情况是,这个问题本就没有答案。

就好比有人提问,“一根坚固无比的绳子,一端放在黑洞视界内,一端被力大无穷的人拽着,会从黑洞中拽出来东西吗?

这是空想,比幻想还离谱的空想。


科幻船坞


10光年高的一棵树,那得长到多大的一颗星球上面啊!而能够承受如此巨大树的星球理论上是不存在的,因为过于巨大的质量会导致星球直接坍塌为黑洞。



但是,如果这棵树很细,但长度很长,到是可以长在像地球一样比较小的行星上面。但这里又有个问题,假如是长在地球上,那么这棵树将会直接冲破地球的大气层,长到太阳系外面。而且,这时候的地球还不能够自转或者公转,因为这会带动巨树运动,当距离地球很远的树木速度接近光速时,那部分树木的离心力将会巨大无比,可以直接撕裂分子键,导致树木解体。就算地球是静止的,如此巨树就好像长在太空中一样,即便我们在地球上面砍断了,树也不会倒下来,也就没有超光速一说了。



总之,所有试图通过各种假设进行超光速的假想都是无法实现的。相对论经过这么多年的发展,已经被科学家们所验证,而我们虽然可以质疑权威,但这种形式的质疑就有点略显搞笑。


科学探秘频道


不会,这就是假设性错误的思想性实验。

首先没有这样的树,如果一棵树能高10光年,那长度就和太阳系差不多了。为了可以撑住如此长的树,那么其根基至少也一光年。


这样算下来,这棵树的质量起码达到黑洞级别了。那么在引力的作用下,这颗树就会坍塌收缩成黑洞,所以你就不可能砍这颗树。

其实这种思想实验的错误就是假设性前提的错误。譬如:如果存在一个超光速飞船,那么相对论是不是就错了?

因为假设的前提就否定结论了,并且超越了自然事实,所以结论就完全失去意义。

那么咱们暂且不说前提是否正确,再认真讨论一下,即便存在这颗长度超越10光年的树,那么它倒下的速度不可超光速。

这棵树最大的速度就在顶端的线速度上。从底部砍下这颗树再传到顶端是力的传导。力的传递速度也就是机械波的速度,和声波在固体中传递的速度差不多。也就是每秒上千米左右的速度。等传到十光年外的树尖时,大概需要11亿年。等力传递到到树尖之后,理论上树尖也就接近无穷小的抖动一下,甚至这种抖动会在原子级别之下,因为在传播过程中,这种机械波基本消耗殆尽了。所以超光速根本不可能。

虽然这棵树主杆是固体,但绝对不是刚体,所以力的传递需要时间,而且刚体只是物理学的理想模型,旨在处理物理内部因素不影响分析具体问题而做成的处理。事实上,自然界不存在真正意义上的绝对刚体。


科学认识论


首先,一棵树不可能长到十光年高,十光年什么概念?太阳系直径不过2光年!有人说假设总可以吧?那么好,假设长10光年,什么样的人能砍断这颗树?恐怕这个人至少得一光年高!一光年高的人存在吗?

继续假设,假设存在如此高的人,拿什么砍?光头强的斧子吗?砍到宇宙结束也砍不断!最少也需要0.1光年长的斧子吧?

这样的斧子,这样的人,这样的树同时存在?

假设都同时存在,十光年的树倒下也不会超过光速,树为什么会倒下?因为万有引力!

万有引力是有限大的,不管它到底有多大,总会是有限的!而相对论表明,任何物体运动速度越快,质量就相对越大,就需要更多的能量(更大的力)让物体加速!要想达到光速,理论上需要无穷多的能量(无穷大的力)!显然是不可能的!

话说过来,以上所有假设也是不可能存在的,不管是十光年的树,还是一光年的人都不可能存在,如此庞大的物体在自身引力作用下都会坍缩为黑洞!

有些人总是想方设法以各种假设试图超光速,殊不知假设本身就是不现实不成立的,这样的假设又有什么意义呢?

假设到底就成了:假设我能超光速飞行,相对论是不是就错了?

确实错了,前提是我能超光速飞行!


宇宙探索


假设一棵树高10光年,有人砍断这棵树,树倒下的速度会不会超过光速?

我们先简单分析下这个问题的关键:引力导致的加速能超过光速吗?我们没有十光年长的树,因为这个高度只能用长度来形容了!但在宇宙中是存在黑洞的,为什么要举例黑洞?很简单宇宙中再也没有比黑洞更高的引力强度了;二则只要证明坠入黑洞的物质没有超过光速,那么很简单这棵十光年的树即使倒下也不可能超过光速!

我们以史瓦希黑洞举例,因为它比较单纯,视界和史瓦希半径是重合的!为什么要引入一个史瓦希半径的概念,即天体在坍缩到它逃逸速度为光速的半径范围内将不可阻挡的坍缩为黑洞,在史瓦希半径上,天体的环绕速度就是光速!那么就很简单了,到了黑洞视界附近只有微弱的红光可以逃逸出黑洞的范围,但进了史瓦希半径(视界)之后则彻底杳无音讯!从来都没有物质从黑洞中逃逸出来过,除了传说中的霍金辐射,不过迄今为止仍然没有获得证明!

多普勒频移造成的黑洞吸积盘光谱红移,因此正常的吸积盘是暗红色的!在视界外逃逸出来的也仅仅是各种波段的电磁波而已!

因此假如有一颗十光年高的树,当然没有定义这颗树的直径,但无论多大的直径最终会坍缩成一个球形,它如果长在地球上,那么它根本不会向地球掉落,而是会从地球上连根拔起朝中间坍缩!各位可以按普通树木的长径比以及木材的密度计算下这棵树的质量有多大,它的视界有多大,应该也不难计算!

人类非常想找到一种材料,不会自身压垮或者拉断的超高强度材料,因为即使是高强度钢材也只能支持十几千米的长度,即使传说中的碳纳米管也只能达到上千最多不超过万千米,而制造太空电梯至少要达到10万千米!

因为还需要一个平衡质量在更高的位置保持张力!请告诉大家哪棵树在那里,我们砍一段做做电梯可好?


星辰大海路上的种花家


如果地球上一棵树高10光年,以地球目前的自转速率,至少树头部分绕地心转动的线速度会超过光速了,这是不可能的。

结果只能是树会从树干的某一部分断掉,或者地球自转速度降下来,直到树头的转动线速度下降到光速以下。

假设树是完全刚性的,不会因地球引力差而被地球撕裂(洛西极限)。这个时候如果砍掉地表上树的底座,整个树不会向地球倒,而是保持原来的线速度转动(角动量守恒),在后面的某个时间,地球与树可能会逐步脱离,所以无法出现你假设的树向地球倒下的情况。

(或者你可以想象一下,目前银河系中四条旋臂每一条原来都是从银心长出的直直的树(假定树高10光年),被砍了无数刀之后被分成无数部分,每一部分互相分离,弯曲成一条旋臂,围绕银心旋转,每一部分都不会倒向银心,即使将来被银心吸收,也是逐步进行的,而不会10年内就光速或超光速、直线般落入银心,否则人类怎么能在地球上至少已经存在了几万年?)


干货8


不会,树倒下的速度,取决于这棵树生长的地方。

这里所谓的生长的地方,就是树在环境,它可以是一个巨大的星球,或者其他引力源的地方。

这样在树倒下的时候,引力源会给予树一个引力,并给相应的加速度。

图:地球上最大的树

比如在地球上的一个东西,它下落的加速度就是9.8m/s^2,即一秒内速度可以增加9.8m/s。

这样看来,从地球上下落的物体,经过1亿秒不到的时间下落,速度可以加速到980000000m/s,这个数字是光速299792458m/s的三倍之多,可以说远超光速,但事实上并非如此。

图:地球上坠落的物体

在地球上,我们知道,因为有大气的存在,在空气中飞行物体的阻力会随着速度的增加2次方的增加,所以最终物体受到的引力会和阻力平衡,使得物体的速度下落的物体速度有一个上限值。

但实际上,即便没有阻力,理论上也不可能超光速。

这是狭义相对论给出的结果,物体运动的速度不可能超光速。

这有多重的原因,比如对于有静质量的物体,速度增加会导致动质量的增加。增加的动质量由质能方程知道,我们需要更多的能量来加速它,当物体运动速度趋近于光速时,我们需要进一步加速它的能量无穷大,而引力给予的加速度其实就是通过有限的能量来加速的。

小的方面来说,毕竟落下的物体不可能一直下落,所以势能总是有限的,大的来说,宇宙的总能量也不是无限的。有限的能量和需要无限的能量矛盾,使得任何有质量的物体试图加速到光速都是徒劳的。

综上,树倒下的速度无论如何也不可能超过光速。


挡不住的熵增


朋友,我只想问一句,你那个10光年的树种在哪里呢?你要告诉我你家那个是个细长的树只有10cm直径,10光年高不会变黑洞,种在一个不会转动的星球上。那我也告诉你,你把这颗树砍了屁事都不会发生,树的上半部动都不带动一下。



唐宋文盲


反正是思维实验,不用考虑可行性,对吧,那么就假设一颗十亿光年直径的星球上有一棵十光年高的树开始倒下,树冠速度越来越快,快到几乎,或者已经达到无限接近光速了,还想更快?且慢,树冠达到无限接近光速,意味着其质量已经达到了无限接近无穷大,无限接近无穷大的质量会带来什么后果?往轻了说让你倒下自身的引力已经无力再加速这棵质量无穷大的树了,往重了说树的末日到了,接近无穷大的质量让树无限塌缩成了奇点,你还有十光年高?你十微米的高度都没了,那靠什么达到超光速?


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