假設一棵樹高10光年,有人砍斷這棵樹,樹倒下的速度會不會超過光速?

Letnow653


題主是想用這個思想實驗來證明光速是可以超越的吧?

一顆10光年的樹生長的星球會有多大?直徑起碼幾十光年吧?這樣的星球已經是一個相對論天體了,它甚至連核聚變都來不及點燃就會直接坍縮成黑洞。這顆樹也會是這樣。所以,這個思想實驗太蹩腳了。

圖:這顆樹坍縮成的黑洞堪比銀河系核心的超級黑洞


有的“民科”提出了這樣一個思想實驗:有一根足夠長和足夠結實的棍子。如果拿著棍子的一端快速揮舞,棍子另一端的速度就會大於光速。這個思想實驗差不多等價於題主的問題,但高明多了。



這個思想實驗成立嗎?當然不成立,而且錯漏百出。

其一:這個思想實驗引用了“剛體”的概念。在物理學裡,為了研究的方便,如果物體的形變對研究結果的影響較小,可以認為這個物體是一個不會變形的“剛體”。顯然,這個思想實驗中,不能用到剛體的概念。

其二:機械能的傳遞是依靠機械波的,而機械波傳遞的速度只有區區每秒幾百米,遠低於光速。

其三:狹義相對論告訴我們,有質量的物體在加速時質量會增加,越接近光速質量越大,加速它需要的能量就越大。達到光速時,哪怕這個物體只是一個質子,它的質量都會變得無窮大,這樣我們無法提供無窮大的能量去加速它,使得有質量的物質不能被加速到光速。



相對論誕生100年來,經受了無數實驗的檢驗,企圖挑戰它的正確性無疑是白費功夫。即使有更好的理論誕生,這個新理論只會限制相對論的使用範圍,而不是“推翻”它。這就像相對論將牛頓力學的使用範圍限制在了低速和低引力等經典物理學範圍內,而不是將它推翻一樣。


講科學堂


我不知道這樣的假設意義何在,在地球上,砍倒的樹會倒那是因為地球重力的原因,這長度10光年的樹請問是長在什麼樣的星球上的呢?

地球上一顆樹我們算它100米,地球直徑12600千米,如果這顆樹長達10光年,按理說那顆星球的直徑應該是126萬光年,銀河系的直徑也才15萬光年左右。

有人說為什麼要長在星球上,設想一個平地不就好了,好吧,我們設想一個足夠大的平地,樹長在上面。

圓周長計算公式C=2πr,r等於10光年,周長約等於60光年,樹倒下最頂端末梢劃過的距離是1/4周長,也就是15光年。

這顆樹被砍倒之後,多長時間才會倒地呢?

這個需要看平地的重力幾何?

按地球的經驗來看,砍倒大約2-3秒就倒地了,乍一看我的天,超過了很多倍。事實情況是,這個問題本就沒有答案。

就好比有人提問,“一根堅固無比的繩子,一端放在黑洞視界內,一端被力大無窮的人拽著,會從黑洞中拽出來東西嗎?

這是空想,比幻想還離譜的空想。


科幻船塢


10光年高的一棵樹,那得長到多大的一顆星球上面啊!而能夠承受如此巨大樹的星球理論上是不存在的,因為過於巨大的質量會導致星球直接坍塌為黑洞。



但是,如果這棵樹很細,但長度很長,到是可以長在像地球一樣比較小的行星上面。但這裡又有個問題,假如是長在地球上,那麼這棵樹將會直接衝破地球的大氣層,長到太陽系外面。而且,這時候的地球還不能夠自轉或者公轉,因為這會帶動巨樹運動,當距離地球很遠的樹木速度接近光速時,那部分樹木的離心力將會巨大無比,可以直接撕裂分子鍵,導致樹木解體。就算地球是靜止的,如此巨樹就好像長在太空中一樣,即便我們在地球上面砍斷了,樹也不會倒下來,也就沒有超光速一說了。



總之,所有試圖通過各種假設進行超光速的假想都是無法實現的。相對論經過這麼多年的發展,已經被科學家們所驗證,而我們雖然可以質疑權威,但這種形式的質疑就有點略顯搞笑。


科學探秘頻道


不會,這就是假設性錯誤的思想性實驗。

首先沒有這樣的樹,如果一棵樹能高10光年,那長度就和太陽系差不多了。為了可以撐住如此長的樹,那麼其根基至少也一光年。


這樣算下來,這棵樹的質量起碼達到黑洞級別了。那麼在引力的作用下,這顆樹就會坍塌收縮成黑洞,所以你就不可能砍這顆樹。

其實這種思想實驗的錯誤就是假設性前提的錯誤。譬如:如果存在一個超光速飛船,那麼相對論是不是就錯了?

因為假設的前提就否定結論了,並且超越了自然事實,所以結論就完全失去意義。

那麼咱們暫且不說前提是否正確,再認真討論一下,即便存在這顆長度超越10光年的樹,那麼它倒下的速度不可超光速。

這棵樹最大的速度就在頂端的線速度上。從底部砍下這顆樹再傳到頂端是力的傳導。力的傳遞速度也就是機械波的速度,和聲波在固體中傳遞的速度差不多。也就是每秒上千米左右的速度。等傳到十光年外的樹尖時,大概需要11億年。等力傳遞到到樹尖之後,理論上樹尖也就接近無窮小的抖動一下,甚至這種抖動會在原子級別之下,因為在傳播過程中,這種機械波基本消耗殆盡了。所以超光速根本不可能。

雖然這棵樹主杆是固體,但絕對不是剛體,所以力的傳遞需要時間,而且剛體只是物理學的理想模型,旨在處理物理內部因素不影響分析具體問題而做成的處理。事實上,自然界不存在真正意義上的絕對剛體。


科學認識論


首先,一棵樹不可能長到十光年高,十光年什麼概念?太陽系直徑不過2光年!有人說假設總可以吧?那麼好,假設長10光年,什麼樣的人能砍斷這顆樹?恐怕這個人至少得一光年高!一光年高的人存在嗎?

繼續假設,假設存在如此高的人,拿什麼砍?光頭強的斧子嗎?砍到宇宙結束也砍不斷!最少也需要0.1光年長的斧子吧?

這樣的斧子,這樣的人,這樣的樹同時存在?

假設都同時存在,十光年的樹倒下也不會超過光速,樹為什麼會倒下?因為萬有引力!

萬有引力是有限大的,不管它到底有多大,總會是有限的!而相對論表明,任何物體運動速度越快,質量就相對越大,就需要更多的能量(更大的力)讓物體加速!要想達到光速,理論上需要無窮多的能量(無窮大的力)!顯然是不可能的!

話說過來,以上所有假設也是不可能存在的,不管是十光年的樹,還是一光年的人都不可能存在,如此龐大的物體在自身引力作用下都會坍縮為黑洞!

有些人總是想方設法以各種假設試圖超光速,殊不知假設本身就是不現實不成立的,這樣的假設又有什麼意義呢?

假設到底就成了:假設我能超光速飛行,相對論是不是就錯了?

確實錯了,前提是我能超光速飛行!


宇宙探索


假設一棵樹高10光年,有人砍斷這棵樹,樹倒下的速度會不會超過光速?

我們先簡單分析下這個問題的關鍵:引力導致的加速能超過光速嗎?我們沒有十光年長的樹,因為這個高度只能用長度來形容了!但在宇宙中是存在黑洞的,為什麼要舉例黑洞?很簡單宇宙中再也沒有比黑洞更高的引力強度了;二則只要證明墜入黑洞的物質沒有超過光速,那麼很簡單這棵十光年的樹即使倒下也不可能超過光速!

我們以史瓦希黑洞舉例,因為它比較單純,視界和史瓦希半徑是重合的!為什麼要引入一個史瓦希半徑的概念,即天體在坍縮到它逃逸速度為光速的半徑範圍內將不可阻擋的坍縮為黑洞,在史瓦希半徑上,天體的環繞速度就是光速!那麼就很簡單了,到了黑洞視界附近只有微弱的紅光可以逃逸出黑洞的範圍,但進了史瓦希半徑(視界)之後則徹底杳無音訊!從來都沒有物質從黑洞中逃逸出來過,除了傳說中的霍金輻射,不過迄今為止仍然沒有獲得證明!

多普勒頻移造成的黑洞吸積盤光譜紅移,因此正常的吸積盤是暗紅色的!在視界外逃逸出來的也僅僅是各種波段的電磁波而已!

因此假如有一顆十光年高的樹,當然沒有定義這顆樹的直徑,但無論多大的直徑最終會坍縮成一個球形,它如果長在地球上,那麼它根本不會向地球掉落,而是會從地球上連根拔起朝中間坍縮!各位可以按普通樹木的長徑比以及木材的密度計算下這棵樹的質量有多大,它的視界有多大,應該也不難計算!

人類非常想找到一種材料,不會自身壓垮或者拉斷的超高強度材料,因為即使是高強度鋼材也只能支持十幾千米的長度,即使傳說中的碳納米管也只能達到上千最多不超過萬千米,而製造太空電梯至少要達到10萬千米!

因為還需要一個平衡質量在更高的位置保持張力!請告訴大家哪棵樹在那裡,我們砍一段做做電梯可好?


星辰大海路上的種花家


如果地球上一棵樹高10光年,以地球目前的自轉速率,至少樹頭部分繞地心轉動的線速度會超過光速了,這是不可能的。

結果只能是樹會從樹幹的某一部分斷掉,或者地球自轉速度降下來,直到樹頭的轉動線速度下降到光速以下。

假設樹是完全剛性的,不會因地球引力差而被地球撕裂(洛西極限)。這個時候如果砍掉地表上樹的底座,整個樹不會向地球倒,而是保持原來的線速度轉動(角動量守恆),在後面的某個時間,地球與樹可能會逐步脫離,所以無法出現你假設的樹向地球倒下的情況。

(或者你可以想象一下,目前銀河系中四條旋臂每一條原來都是從銀心長出的直直的樹(假定樹高10光年),被砍了無數刀之後被分成無數部分,每一部分互相分離,彎曲成一條旋臂,圍繞銀心旋轉,每一部分都不會倒向銀心,即使將來被銀心吸收,也是逐步進行的,而不會10年內就光速或超光速、直線般落入銀心,否則人類怎麼能在地球上至少已經存在了幾萬年?)


乾貨8


不會,樹倒下的速度,取決於這棵樹生長的地方。

這裡所謂的生長的地方,就是樹在環境,它可以是一個巨大的星球,或者其他引力源的地方。

這樣在樹倒下的時候,引力源會給予樹一個引力,並給相應的加速度。

圖:地球上最大的樹

比如在地球上的一個東西,它下落的加速度就是9.8m/s^2,即一秒內速度可以增加9.8m/s。

這樣看來,從地球上下落的物體,經過1億秒不到的時間下落,速度可以加速到980000000m/s,這個數字是光速299792458m/s的三倍之多,可以說遠超光速,但事實上並非如此。

圖:地球上墜落的物體

在地球上,我們知道,因為有大氣的存在,在空氣中飛行物體的阻力會隨著速度的增加2次方的增加,所以最終物體受到的引力會和阻力平衡,使得物體的速度下落的物體速度有一個上限值。

但實際上,即便沒有阻力,理論上也不可能超光速。

這是狹義相對論給出的結果,物體運動的速度不可能超光速。

這有多重的原因,比如對於有靜質量的物體,速度增加會導致動質量的增加。增加的動質量由質能方程知道,我們需要更多的能量來加速它,當物體運動速度趨近於光速時,我們需要進一步加速它的能量無窮大,而引力給予的加速度其實就是通過有限的能量來加速的。

小的方面來說,畢竟落下的物體不可能一直下落,所以勢能總是有限的,大的來說,宇宙的總能量也不是無限的。有限的能量和需要無限的能量矛盾,使得任何有質量的物體試圖加速到光速都是徒勞的。

綜上,樹倒下的速度無論如何也不可能超過光速。


擋不住的熵增


朋友,我只想問一句,你那個10光年的樹種在哪裡呢?你要告訴我你家那個是個細長的樹只有10cm直徑,10光年高不會變黑洞,種在一個不會轉動的星球上。那我也告訴你,你把這顆樹砍了屁事都不會發生,樹的上半部動都不帶動一下。



唐宋文盲


反正是思維實驗,不用考慮可行性,對吧,那麼就假設一顆十億光年直徑的星球上有一棵十光年高的樹開始倒下,樹冠速度越來越快,快到幾乎,或者已經達到無限接近光速了,還想更快?且慢,樹冠達到無限接近光速,意味著其質量已經達到了無限接近無窮大,無限接近無窮大的質量會帶來什麼後果?往輕了說讓你倒下自身的引力已經無力再加速這棵質量無窮大的樹了,往重了說樹的末日到了,接近無窮大的質量讓樹無限塌縮成了奇點,你還有十光年高?你十微米的高度都沒了,那靠什麼達到超光速?


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