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


不會,這麼長的棍子只能想當於超長彈簧,這邊懟一下傳到那邊很慢,甚至根本傳不到令一邊。


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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


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?

為了超光速啥腦洞都有,一萬光年的杆子有多長哦,即使真有也會因為受到各種天體的引力作用彎曲了,畢竟一萬光年內星系還是很多的,當然今天不用相對論,也不用史瓦西半徑計算公式,直接從最簡單的物理現象來解釋這個能超過光速不?

其實宇宙中有一個“超級棍子”的案例,這就是M87星系中央的黑洞兩極的等離子噴流,長達4900光年,當然距離1萬光年還有些距離,但這已經是能找到的最長棍子記錄了!

還是回到這根1萬光年長的棍子吧,想必也只有悟空能任意長短的金箍棒能滿足要求了;儘管舉例的是神話傳說,不過咱討論的卻是科學問題,因為我們生活在現實世界中!無論這個棍子用什麼材料製造,完成後又放置在哪裡,它都改變不了一個屬性,即受外力作用時將會變形,即使再小的形變累計之後也將成為一個極為恐怖的數字,那麼我們來假設下,如果這根棍子在收到無限大的推力時(保證能傳輸到1萬光年以外),在每米的距離上僅僅只形變一個質子的距離,也許這已經是傳說中的剛體了,想必也沒有人可以找到如此高強度材料,那麼來計算下:

質子直徑:約為1×10^-16M

一光年為:9460730472580800米

那麼一萬光年為:94607304725808000000米

總形變為:9460.73M

也就是在推這根幾乎無限長,用無限力推動時,它動總形變距離可達9.5千米左右!當然可以相信這不是你所關心的,因為各位會想象這形變9.5千米以後的傳輸速度,畢竟都推到9.5千米了,也不在乎再推幾個千米!

但很抱歉,無論多大的力,它的傳播速度都無法超過聲音在這個近似於剛體的介質中,如果這個材料是鋼鐵的話,那麼它的傳播速度計算方式為:

V =√(E/ρ)

E 為鋼材的彈性常數

縱波:E為楊氏模量,

橫波:E 為切變彈性模量

ρ 為鋼材密度:一般取值為:7.8×10^3 kg/m^3

根據常見鋼材的性能參數,一般認為聲波在鋼材中的傳播速度為:5100m/s

即5.1KM/S,這個速度甚至都不如旅行者速度高,到達1光年外都要數千年甚至上萬年,更不要說1萬光年了!

最後再提醒下,有靜止質量的物體是無法達到光速的!


星辰大海路上的種花家


這個這問題,我曾經想過,請教物理老師也沒得到答案,只是說,你學多了就會知道。

後來我想明白了,我就用中學物理的觀點來解釋一下這個思想實驗,當然需要一點相對論知識。本題題目說的並不嚴謹,他說的棍子其實是指一種思想出來的理想剛體。既質量趨於0,硬度無窮大,絕不彎折,拒絕形變。

任何信息或能量的傳遞不可能超光速!力的傳遞也不能超光速。這是相對論的鐵律,我們必須尊重這個鐵律。否則所有爭論都變成了相對論是否正確?而沒有意義了。

那麼細心的讀者會發現一個矛盾,既無形變的剛體傳遞力的時間一定是零,與傳遞距離大小沒有關係,那麼必然力是直接傳遞到一萬光年外,而不需要時間。既出現了力的傳播速度可以無窮大的結論。這與相對論光速不可超越直接矛盾。到底怎麼回事?

那我們不妨假設相對論絕對正確,但是,力為什麼沒有直接傳播過去?只有一個解釋,那個所謂理想剛體出現了形變。這又於假設的無形變剛體相矛盾。對了,問題就出在無形變的假設上。

無形變剛體在理論上可以存在嗎?根據初中物理的牛頓第三定律,我們就可知作用力和反作用力方向相反且大小相等。那麼有人來推這個理想棍子,這個理想棍子反過來也會推人。這個反作用力的本質上從哪來的?不錯,就是物體形變!例如,桌子上放的茶缸對桌面產生一個壓力,桌面也會給茶缸一個支持力。而壓力和支持力本身都是來自形變的彈力。

不形變就沒有彈力!現在假設桌子就是無形變理想剛體。那麼問題就清晰了,茶缸對桌面的壓力還在,桌面因為無形變而沒有彈性支持力。二力不在平衡,茶缸會向下運動,這時桌面又是怎麼允許它向下運動的?荒謬的現象立刻就出現了。

所以,這個理想的無形變的剛體棍子在理論上就是不可能存在。既然存在形變,長距離的棍子也就變成彈簧,那麼力的傳播當然需要時間,速度不超過光速也就不難理解了。


科普軍


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


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


一根長長的棍子是否能夠超光速傳遞動能呢?從理論上講是可以的。

不過要實現力的超光速傳遞,這裡有四個前提條件,一是組成棍子的物質必須是不會變形的。也就是說,構成棍子的物質必須堅硬無比,不會發生一點點收縮變形;二是需要有瞬間推動(拉動)棍子全部質量運動的力;三是需要真空環境條件。因為非真空環境下,棍子的運動會與環境物質產生摩擦力,摩擦又會產生遲滯力,降低傳遞速效;四是不能受到環境引力作用。因為引力會給棍子帶來重力影響,同時給棍子造成彎曲,棍子在遠距離上進行力的傳遞時,必需要做到直線作用。在現實中,我們人類是顯然做不出這樣一根棍子的。

那麼在自然界,是否存在這樣的一根超光速傳遞力的“棍子”呢?有!它就是磁力線中的電子線。

磁力線是由電子與電子之間通過異性相吸力所排列起來的線。它需要經過磁化後的大質量體上形成。理論上講,電子線只要在滿足條件的情況下,它可以通過異性連接來無限疊加成一根無窮長的線。而且電子又是個堅硬無比的質量體,它的組成物本身不會發生變形,也就不會出現力的傳遞損耗所導致的延時結果

我們應該知道,海王星能夠繞太陽旋轉,那是因為太陽磁力線與海王星質量電荷(磁力線)之間的異性相吸力作用結果。太陽發出的磁力線長度遠超八大行星軌道範圍。假如太陽磁場磁力線突然消失,那麼這個力對太陽系外面的海王星就會瞬間失去引力牽制作用。即海王星會立即改變運動方向並逃離太陽。但就是不要等上N個地球小時才會失去太陽對海王星的引力控制。所以說電子線一端的伸縮運動或干涉而假如被隔斷,就能做到超光速傳遞到另一端的作用效果。所不同的是:一個是用力推棍子;一個是用力拉(糾纏)質量體。二者都是試圖實現力的超光速和遠距離傳遞作用,其力的作用原理相同。因而用引力介質——電子線的遠距離作用來說明力是可以實現超光速傳遞的。


海門老馮


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


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


很有想法

這跟棍子一定要夠硬,硬到什麼程度呢,比黑洞還硬

已知用最硬的黑洞大概能弄個0.幾光年的棍子,那麼比黑洞還硬的物質擁有多大的引力呢?

所以說你如果能推動一下,那你只可能是一個人,上帝,那麼光速你定義唄,想多少是多少



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