有一個長一萬光年的棍子,在一端推它一下另一端的人會立刻查覺到嗎?能超光速嗎?

比鄰星上的黑旗幟


這種辦法無法實現超光速,另一端的人也不會立即察覺

愛因斯坦關於光速的準確描述如下:

  1. 有靜止質量的物體達不到光速,理論上只能無限接近於光速,光子沒有靜止質量所以速度等於光速;
  2. 信息的傳遞速度不能超光速,突破不了時間光錐的限制;

目前科學上認可的超光速有兩個一是宇宙的膨脹速度超光速,宇宙誕生於148.2億年前的宇宙大爆炸,但目前可觀測宇宙直徑已經達到了930億光年;二是處於糾纏態的兩個量子超光速,量子糾纏也被愛因斯坦稱為鬼魅般的超距作用,它們之間的作用是瞬時的超距的。


除此之外有人說蟲洞是超光速的,這種說法對也不對。蟲洞是愛因斯坦廣義相對論的研究內容,簡單的說就是一條從A點到B點的“捷徑”,但是隻看結果確實是超光速。

本問題中“一萬光年長的棍子”設定為什麼不是超光速哪?

首先來說這根棍子不是絕對剛體,當然現實生活中也不存在絕對剛體。在一端推動這根棍子向前動了10cm,如果棍子是剛體理論上一萬光年遠外的另一端也會移動10cm。棍子的移動速度並沒有多大,但是推動棍子的這個信息卻是超光速也就是瞬時到了一萬光年遠之外。

但實際上棍子不是理想剛體,會彎曲也會被壓縮,在一端去推動另一端完全不會有任何反應。我們在建立一個模型來理解這個問題如下:

如果把一萬光年長的棍子換成一根同樣長度的空心管,每段都有活塞百分百密封的形式。如果在一端推動活塞,另一端的活塞會動嗎?

這個非常清楚不會動,因為空氣被壓縮了,其實這跟普通棍子是一樣的道理,只要不是絕對剛體,無論是空氣柱還是棍子本質上沒差別,只是一個好壓縮一個不好壓縮。

所以說這種辦法超光速是遠遠不能的。



科學黑洞


愛因斯坦也太“笨”了,如此簡單的“超光速”例子都想不到!你也太“聰明”了,如此簡單明瞭就推翻了相對論!

玩笑歸玩笑,但也能夠說明且不說一萬光年的棍子是否存在,即使真的存在,無論你如何推,都不可能達到甚至超過光速,不然相對論早就被推翻了!

之所以有些人總是用各種想象中的例子試圖完成超光速,但無一例外都是在不切實際的想象中,不由自主地陷入到牛頓的絕對時空觀中不能自拔,但他們不認為自己在用絕對時空觀在思考問題!

實際上,推動一根長度一萬光年的棍子,速度不僅遠遠達不到光速,甚至連音速都達不到,而且推動力在傳遞的過程中很快就分散然後消失了!

不然的話,我們中國人以跺腳,地球另一面的阿根廷人就會感覺到跺腳產生的震動,這也太瘋狂了!

力的作用有很多種,最常見的引力傳遞速度確實正好等於光速,但我們用手完成的推動力的傳播速度遠遠小於光速!

再說了,一萬光年的棍子也不可能存在,如此長的棍子早就坍縮為黑洞了!所以少一些不切實際的想象,多立足於現實!


宇宙探索


假設有一根長達一萬光年的棍子,此時推動其中一端,那另一端的人會立刻感覺到這根棒子在移動嗎?這種會是超光速現象嗎?

毫無疑問,這是一個思想實驗。思想實驗也是物理學中一項重要的實驗,量子力學的發展與完善以及廣義相對論的問世,都離不開構思巧妙的思想實驗。不過,題目所說的這個思想實驗太牽強了,且忽視了基本的科學規律,故不能成為真正意義上的思想實驗,只是形式上的而已。

長達一萬光年的棍子,無論它是木棍還是塑料棍,都無法以棍子形式存在,因為一萬光年太長,這就使得棍子具有了無法想象的龐大質量,因此在引力作用下,必然會坍縮成為巨大的黑洞。當然了,既然是形式上的思想實驗,能不能存在且先不去管它,我們假設它能夠存在,再來討論下面的問題。

推動棍子的一端,這說明向棍子施加了力的作用,力是使物體形變或獲得加速度的外部因素,而力在棍子中的傳播速度取決於棍子的密度,如果它是由木頭製成的棍子,那麼力在棍子中的傳播速度小於1000m/s,如果是由鋼材製成的棍子,傳播的速度一般在5000m/s左右。可見這速度對於一萬光年的距離來說是極其緩慢的,簡直慢得像蝸牛。

從另一方面來說,力在這種棍子間傳播,本質上是電磁力的作用,而電磁力的傳播極限就是光速。所以題目所說的這種“可能超光速”的現象是不存在的。在宇宙中,任何物體的運動速度都不會達到光速,更不可能超過光速,光速只有那些沒有靜止質量的粒子才可以達到,比如光子,一切有靜質量的物體都不可能達到光速。


科學船塢


不會立刻察覺到,也不會超過光速。

一是因為推不動。如果真的推動了,它也需要分子和原子之間的力逐步傳遞一萬光年的距離,雖然不知道得過多久才能傳過去,但必然比光速要慢。

二是因為接收者不可能立刻察覺。不要說一萬光年,就是一米的棍子推給你,等你察覺到的時候,都已經“很晚”了。你的神經電流讓你大腦反應過來的時間,夠一個光子繞地球轉一圈了。

三是接受者根本無法分辨是另一頭在推動,還是棍子自己在擺動。真的,假設有一個超過一萬米的棍子存在,它自己的擺動就已經能把人敲成肉餅,相信我,沒有人願意靠近它!你還敢假設一萬光年?是想橫掃一個星系嗎?


狼財精


如果有一根長一萬光年的棍子,如果在一端推它一下另一端的人會立刻查覺到嗎?能超光速嗎?

這是一個非常非常有意思的問題,因為我小時候也想過,而且也曾自以為已經找到了一個相對論的漏洞。但是我在長大後才明白了,這個世界上有很多知識都是隱藏答案,如果你瞭解的不夠多,是無法進一步探究的。

受力分析的世界不存在

在高中的物理中我們學會了力學分析,在這個力學分析的世界裡存在著很多神奇的結構,比如光滑沒有阻力的平面,比如絕對剛性的小滑塊,比如可以傳遞無限力矩足以撬起地球的槓桿。

當然,我們必須意識到,這只是一個思想模型而已,現實世界中根本不存在這樣的東西。所以在力學分析世界只要對其施加力就一定會無延時無損耗傳遞到另一端的棍子其實也是不存在的。

一根現實世界的棍子必然是由明物質組成的,也就是我們一般意義上所說的原子核與電子。那當我去觸摸棍子時,到底發生了什麼?我們可以想象一下——與我們手接觸的第一個原子會推一下第二個原子,第二個原子也會推一下第三個原子。

那麼如果我們再放大一點,在兩個原子之間出現的“推”到底是個什麼東西呢?是兩個玻璃球一樣的原子相互擠壓嗎?所以這樣傳遞力其實是不需要時間的?

並不是,原子與你想象的根本不一樣,它們不是一個個剛性的球,它們是一個個非常非常空曠的微小空間,在最中間有一個極小極小但是非常重的,可以被認為是質點的東西,那個就是原子核,而且這個微小空間中還瀰漫著一種類似霧的東西,如果這團霧與其它物體發生信息交換作用,就會變成一個個小點點,這些小點點也就是人人耳熟能詳的電子。

原子間的力是如何傳遞的

那兩個原子之間的擠壓是怎麼回事呢?就是原子外的兩團霧之間產生了排斥,也就是電子與電子之間產生了“同性相斥”的作用(當然其中的具體過程非常非常複雜,在這裡我就只能定性地描述)。

那麼讓我們再一次地追根刨底吧——為什麼電荷會“同性相斥”?是什麼在傳遞兩個電荷之間的力?

可能你會覺得無厘頭——同性相斥就是同性相斥呀,還有原因嗎?

對,這就是普通人與物理學界的差距,你想到過的物理學家早已經解決了;你沒有想的,不敢想的,物理學家也已經解決大部分了。

從這裡開始,我們需要一點點量子力學的知識,放心這一部分與什麼貓什麼糾纏一點關係也沒有。

在中學教材裡我們知道電荷周圍存在電場,電場線的方向決定了同性相斥異性相吸。但其實無論是場的概念還是電場線都是輔助理解與計算的模型,它們的下面還存在著真相。

你需要知道的是——我們看不見摸不著的電場並不是超距離感應,而是由無數極微小的粒子在傳遞著力的作用,同性電荷之間的斥力就像是兩個噴泉在對噴一樣產生斥力。

這些極微小的粒子就電場的量子,是構成電場與磁場的基本粒子。

那麼這些量子叫什麼呢?說出來可能會讓你大吃一驚,它們叫——光子!

是的,電磁場是由光子構成的,不過當我把這句話說出來的時候可能你又會覺得……怎麼如此熟悉?當然了,因為“光是一種電磁波”是初中生都知道的基本知識呀!

所以,現在你是否已經注意到一個基本事實了……原子間的斥力與光連在了一起!

力的傳播上限是光速

是的,兩個電荷之間的斥力也是有傳遞時間的,決定這個時間的就是光速!事實上宏觀世界只有兩種力——引力和電磁力,我們所能想到的所有力都是電磁力的各種不同形態,而且電磁力傳遞的上限——就是光速。

這也就是說,想象一下,就算你能做出一根完全由原子核一個緊貼著一個的棍子,你推它一下,力的傳遞也不會超光速的,光速是一種比你想象中的更基本,更接近宇宙真理的特殊值。

現在讓我們回到現實世界,用“富有彈性”的原子製作的棍子,當然傳統速度就更慢了。其實有人真的這麼測了,結果可以說是意料之外情理之中,力傳遞的速度與該材料內聲音傳播的速度一毛一樣。細細一樣這簡直是太理所當然了,聲音不就是振動麼,振動不就是力麼……原來我們一開始就已經知道答案了啊。

對了,聲音在鋼材中的傳播速度大約是5200m/s,你看,果然很慢吧。

我是酋知魚,一個會水稿的科學創作者,歡迎關注!


酋知魚


那些說什麼力的傳輸速度,什麼棍子內部的原子之間必須沒有空間,我認為沒有觸及這個問題的本質。我也有過一樣的假設和想法,但我認為這不是超光速,這是超距作用,看上去似乎是信息傳遞超過了光速,但實際上是一個整體的運動同時性。個人推測認為量子糾纏就類似於此,糾纏的兩個量子,無論相隔多遠,實際上還是一個物體。那“它們”是如何被看不見的關係“綁定為一個整體”呢?如果假設世界是個大程序,那就很簡單了,程序裡這麼寫:如果A動,則B反向運動。問題解決。


夜摩之


首先對很多沒看懂題主提問真正用意的人解釋一下,題主的意思並不是說動了棍子A端,B端的移動速度就超光速了,而是說“棍子A端動了”這一信息,超光速傳送到了B端。

題主如果以另一種方式提問不易讓問題有歧義而且根本用不到一萬光年這麼大的尺度:假設棍子A端在地球上有人以莫斯信號的方式撥動棍子發報,在火星上B端的人是否能立即收到信息?如果是立即收到,那麼信息是超光速傳播的。

下面試著解釋一下:

首先,相對論不僅僅是定義了光無法超越光速,信息也無法超越光速。題主做出的假設正是想解決信息傳輸超光速的問題。

題主的假設是此棍子是以靜質量為零,理想剛體為材質製作,那麼答案可以確定,A端動的同時,信息就傳播到B端了,信息傳播可以超光速。但這僅僅是理論假設,和假設“這棍子是種超光子介質,光子從A端進入,同時就會從B端射出”沒有本質區別。雖然看似是假設了不同的條件,實則本質沒有區別。

理想剛體不存在,超光速信息傳輸就不存在。如果不是理想剛體,你可以把這根棍子想象為一根硬質彈簧,撥動A端時,棍子內部是以波的形式來傳輸這一信息,無論如何撥動棍子,是橫波還是縱波,只有在棍子的震動頻率趨於無窮大時(理想剛體),信息才能實時傳送出去。

其實題主的問題只是犯了個低級錯誤,那就是試圖用牛頓力學來解釋相對論。


shedir


能問出這個問題、就已經夠老師級別了。 簡單的想象一下。 這條棍子就是一束白光,白光是由紅橙黃綠藍靛紫組成的,就是說這條棍子是七根棍子,實際上是七條光波,七條光波的頻率不同、波長不同但是七種波的速度一樣,這時候在太陽上給七種波另外的爆發力量,如果光波的速度不變,改變的只能是波長和頻率,深究之下、意義重大


華民學讀道德經



自從愛因斯坦在狹義相對論中提出光速不可被超越並從理論角度給出證明之後,地球上關於“超光速”的設想瞬間就多了起來,以至於在狹義相對論發表一個多世紀後的今天我們仍然能看見企圖“超光速”的實驗。

首先題主所說的1萬光年長度的棍子在我們的宇宙中是不可能存在的,因為宇宙中不可能存在絕對剛體。並且1萬光年長度的棍子質量肯定十分驚人,甚至這根棍子有可能在製造過程中就會因為質量太大而坍縮成黑洞。


假如宇宙中真的存在一種由超級材料構成的,長度為1萬光年的棍子的話,一個人再怎麼推棍子1萬光年外的人也是感覺不到的,因為力在傳播過程中就完全消散了,並且由於構成棍子的基本粒子之間多多少少都是存在間距的,因此從物質可以被壓縮的角度來看,棍子的另一端也是絕對不會動的。

推動棍子的速度原本就小於光速,甚至可能連音速都達不到,所以也就不能指望1萬光年外的另一端會瞬間反應了。

愛因斯坦在狹義相對論中除了聲明光速不可被超越外,還提到了“信息的傳遞速度不能超過光速”,而“1萬光年棍子”在一開始就違反了“信息傳遞不可超光速”這一定律。

在我們的宇宙中,宇宙空間的膨脹速度和量子糾纏的速度都是超過光速的,但它們都沒有傳遞信息,因此不違反相對論。


宇宙探索未解之迷


互聯網到了推廣新物理的時候了。

回顧人類物理理論300年探索之路:

300年前牛頓創立了經典力學,經典力學雖然沒有明晰打開宇宙奧秘大門,但它觸碰到大門鑰匙的雛形,這個鑰匙雛形就是“作用力與反作用力”。經典力學之後的相對論和量子力學,它們離這把鑰匙雛形越走越遠,完全偏出物理軌道。時間來到300年後,《宇宙物理體系》敏銳察覺到這把鑰匙雛形,把它加工打磨之後變成“物質彈性原理”,終於打開宇宙大門。

《宇宙物理體系》簡介: 它全文9萬字,歷時6年完工。它對舊物理基礎概念定義作了一次全面檢查維修及重建。它以尋找物質基本性質即物性為突破口重建物理學。它增加了若干新的基礎概念定義。它完成了對宇宙大自然最基本最重要最普遍物象進行逐一解釋,且邏輯自洽。

《宇宙物理體系》28個短視頻目錄:

1《宇宙物理體系》

2物質和能量

3質量重量

4磁和電

5時空

6光

7浮力

8飽和原理

9信息傳播

10火箭發射

11蘋果下落

12磁鐵相吸

13地球繞太陽轉

14飛機上升

15太陽能量方式

16月球重力

17力分析

18力傳播

19力與速度

20傳播力

21受力分析

22宇宙機理

23望遠鏡

24物理用詞

25性質和量

26生命

27力分析舉例

28摩擦力


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