03.08 太空中的火箭有無限的燃料,不停的加速,最終能不能超過光速?

瑞江順


首先,無限的燃料是不現實的。這裡假設給火箭足夠的燃料,使其能夠不停加速,那麼,火箭最終能超過光速嗎?

根據牛頓物理學,隨著燃料的逐漸消耗,火箭的質量逐漸降低,加速度會越來越高,火箭的速度會越來越快。只要火箭擁有足夠多的燃料,太空中的火箭加速到光速,並且最終超過光速,都是遲早的事情,沒有什麼能夠阻止火箭超光速。

然而,根據狹義相對論,火箭不可能被加速到超光速,因為火箭就連光速都不可能達到。雖然火箭的質量會隨著燃料消耗而變得越來越小,但由於相對論效應,火箭的動質量會隨著速度增加而變得越來越大:

尤其是在速度趨近光速時,火箭的動質量將會大幅度增加,直至隨著速度無限接近光速而趨於無窮大。因此,當速度越接近光速時,由於動質量大幅度增加,火箭越難被繼續加速。而加速到光速是不可能的,因為這需要無限的燃料來產生無限的動能。相對論的動能由如下公式給出:

如果在速度遠低於光速的情況下,對上式右側展開為泰勒級數,則可以把上式改寫成如下的近似表達式:

Ek=1/2mv^2

相對論效應在低速下是無法察覺到的,但在能把粒子加速到亞光速的粒子加速器中,相對論效應會產生顯著的影響。在粒子加速器中,物理學家觀測到的粒子運動行為完全符合狹義相對論的描述。

總之,根據狹義相對論,局域速度的超光速現象是不存在的。但如果考慮空間膨脹效應,宇宙中遙遠的星系會以超光速遠離彼此。事實上,銀河系正以超光速相對於140億光年外的河外星系退行而去。空間不是物質,也不是輻射,所以空間的膨脹不受狹義相對論約束。


火星一號


我看了一下人們的回答都是遵守規矩的老實人,沒有一個敢大膽擴散思維、逆向思維、引申思維、昇華思維、極限思維、爆炸思維、捆綁思維的,為什麼?

1.無限燃料不可能,這個大家觀點是正確的。

2.說宇宙正在運行的物體達不到光速我不承認。

3.說問題達到光速時光會倒流,這個我也不承認,雖然這個說法是愛因斯坦定的,但是我就不承認。

4.我只相信事實,對於什麼所謂的聖人科學家真理我一般是看情況來判斷,不是所有的都相信,也不是所有的都不信,與事實吻合我就相信,與事實不吻合你就是天王老子我也不相信。

5.我個人認為宇宙裡有很多物體都在以光速行駛。為什麼?

①月亮在圍繞地球旋轉,地球在圍繞太陽旋轉,太陽在圍繞更大的星球旋轉,把月亮設定為1,把地球設定為2,太陽為3,更大星球為4,以此類推一直到某星球10000,試問那麼星球1圍繞星球10000旋轉的速度難道沒有光速快嗎?

②所以我認為任何一個問題在宇宙裡運行速度超過光速是完全可能的,而且就算超過光速時光也不會倒流。

③按照宇宙星球極限圍繞旋轉來推斷人類地球運行速度絕對超過了光速。

6.我今天說的違背了愛因斯坦時光倒流理論,可能會被大多數人噴,但是我只相信事實,我堅持的真理是不怕被噴的。


明宇智遠


這個問題只是想當然的,可能在很多人的眼裡,如果你給一個物體一直加速下去的話,那麼這個物體的速度就會不斷增加,最終甚至有可能超過光速。


實際上光速是宇宙間最快的速度,一切有靜止質量的物體,它的速度都不可能超越光速。在相對沒有被提出來之前,可能你說出這樣的一個結論人們一定會認同,畢竟按照當時的理論,這個結論完全是正確的,根據動量守恆定理就可以輕鬆算出將一個火箭加速到光速的時候所需要的火箭燃料,實際上,隨著火箭燃料的不斷消耗,火箭的速度也越來越快,而燃料的噴射速度不變的話,那麼火箭的加速度也會越來越快,按道理說火箭最終的速度一定會達到光速,只不過時間的長短罷了。

理論上是這個樣子的,實際上這個實驗也沒有辦法做,因為當時的人們連火箭都沒有發明呢,他們也沒有什麼方法將一個物體的速度無限加速,因為地球的空氣並不是真空,隨著速度的增加,阻力也會隨之增加,最終無論如何這個物體再也不能加速了。當然了,時至今日,哪怕人類已經踏入太空了,人類也沒有辦法做實驗去驗證一下到底能不能通過將一個火箭無限加速直至它的速度突破光速。


這實驗難點重重,一方面火箭的燃料無論如何也是有限的,總有用完的時候,而如果要將一個火箭加速到光速的時候,需要的燃料肯定也是一個天文數字。當然了,另外一個問題是以人類目前的能力想要將一個物體加速到光速需要的時間實在是太長了,畢竟光速太快了。既然這個實驗沒法做成,那就從理論的角度來分析一下,根據相對論,物體的質量和物體的速度有關,當物體的速度越快的時候,它的質量也就越大,而當速度接近光速的時候,質量就接近於無窮大了。

所以說,將一個物體的速度加速到接近光速並不是不可能,但是如果想要將它的速度加速到超過光速,那就是不可能的,因為當一個物體的速度被加速到足夠接近光速的時候,那麼它所需要的能量也是無窮大的,所以說哪怕你用上了整個宇宙的能量去給這個火箭加速,它的速度也不可能達到光速,當它的速度足夠接近光速的時候,它的質量就會顯著增加,而加速度會顯著下降,讓它無論怎樣被加速都不可能超越光速。



鏡像科普


火箭給它一個持續穩定加速度真的能達到光速嗎?這當然是不能,其實這裡就有一個問題了,根據狹義相對論,要把火箭的速度提高到光速,需要無限的能量,無限的燃料為火箭提供無限的能量,這個顯然是不可能的,因為整個宇宙不可能有無限的能量可以提供給火箭。

當我們用燃料給火箭提供動力的時候,剛開始的時候給火箭加速會比較容易,而當飛船的速度大到一定程度的時候,你會發現要想給火箭提速,你就需要更多的燃料,根據狹義相對論,當飛船逐漸接近光速的時候,質量會越來越大,這時候我們就需要更多的能量提供給飛火箭,才能讓火箭的速度再增加,這時候火箭每提高一點速度所需的能量是無法想象,可以說當無限趨近於光速的時候能量也就需要無窮大,整個宇宙不可能為火箭提供無窮的能量。

要靠燃料給飛船加速是不可能的,當我們火箭低速的時候,給火箭提供一個穩定的加速度是非常容易的一件事,飛船的速度可以慢慢增加上來,但當接近光速的時候,再給火箭提速已經變得相當困難,而要達到光速是不可能的。


科學日記


首先“無限的燃料”是不可能的,即使有用不完的燃料,也不可能讓火箭加速到光速或者超光速。

按照牛頓經典力學的理解,F=ma,理論上只要給物體一個力量,物體將一直保持一個加速度,力越大加速度就越大,如此一來物體的速度就會一直增加,總會達到或超越光速。

但這個公式有一個前提:m(質量)必須是固定的,但愛因斯坦的狹義相對論告訴我們,物體的質量隨著速度的增加而不斷增加,動質量與靜質量之間的關係為:

從上面公式中可以看出,但速度v很小是,物體的動質量基本等於靜質量,兩者的差異可以忽略不計。不過當速度v越來越接近光速時,動質量就會變得越來越大,最終當速度無限接近光速時,動質量趨於無窮大。想要給物體繼續加速會越來越難,需要無窮大的能量才能讓物體的速度達到光速,甚至整個宇宙的能量都不夠用,這顯然是不可能的。

所以,問題的核心是“能否擺脫牛頓絕對時空觀”的傳統思維方式,取而代之的是愛因斯坦的相對時空觀。而在我們日常生活中,由於我們經歷的都是低速事件,實際上仍舊被牛頓的絕對時空觀統治者,所以很難直觀地理解愛因斯坦的相對時空觀。

對於“超光速”的很多假設基本上都是建立在牛頓絕對時空觀的思維模式上,大自然並沒有限制超光速,只是說“任何攜帶信息或能量的事物都無法超光速”!所以,光速並不是速度極限,而是擁有靜質量的物體的速度極限!


宇宙探索


首先,光速不是宇宙中運動速度的極限!因此,沒有必要假設火箭有無限的燃料就能超越光速;

其次,火箭的燃料燃燒產生的噴射物的速度是決定火箭最終能達到的速度極限。因為,當噴射物速度相對火箭恆定時,理論上的速度極限[齊奧爾科夫斯基公式(不考慮相對論)]為:

v=uln(mi/mf)

按初始質量為 mi=100噸、最終質量mf=1.66*10^-30噸(一個氫原子的質量),則最終速度V要達到光速C的話,則火箭恆定的噴射速度必須達到4099.71千米/秒!

由此可見,要超過光速的話,你得首先製造出一臺噴射速度必須大於4100千米/秒的發動機!

再者,實現超光速飛行雖然比較難。也就是說,用目前的火箭技術要想使人類乘坐的宇宙飛船速度達到或超過光速的確是很難的。但如果能使用電磁加速技術使噴射的物質速度達到接近光速,則想達到超光速飛行就不是難事了。如:u=0.5C時,則mi/mf>7.389時,V就大於光速C了。也就是一個100噸的火箭可以讓13.53噸的飛船達到光速!

總之,光速不可能是宇宙中物質運動速度的極限。愛因斯坦假設光速恆定併為宇宙為運動速度極限是完全不符合客觀實際的。要證明其錯誤很容易。本人下面的文章就進行了比較詳細的分析。歡迎有興趣的朋友參與討論。


彭曉韜


由於水是液體,在泳池邊上的人是可以很輕鬆地跳入水中。然而,如果不斷地增加跳水的高度,使人體入水時的速度增大,則水對人體的阻力越來越大,直至表現出固體的特性,將高空墜落的人拍死。

為什麼入水的速度會改變水的性質呢?

眾所周知,水雖然表面上是連續的液體,但是其卻是由無數個離散的水分子構成的,即其本質是粒子運動的集合。

由於水分子很小且是運動的,所以當人體近距離低速跳入水中時,只有少量的水分子阻擋人體的進入,其它的水分子都有時間躲避人體。所以,此時水壓並不很大。

然而,如果高空墜落,人體入水時的速度極大,以至於多數水分子來不及躲避,相對靜止在原處,從而使水變硬,對人體造成不可逆的損傷。

這就好比是在密集的人群中行走,行走的速度越快,得到的阻力就越大。這就是作為物理背景的空間對運動的物體產生影響與束縛的原因。

在現實世界中,構成物理背景的空間有許多種,比如水分子構成水、氣體分子構成空氣等。它們都是由離散的粒子集合所構成的。

越是細小的粒子,其構成的物理背景所影響的範圍就越廣。由宇宙中不可再分的最小粒子構成的物理背景,就成為我們宇宙的本底空間,即宇宙中的所有物體都會受到該空間的影響與束縛。

這一最小的粒子就是由普朗克常數h所定義的量子,其角動量等於6.623x10-27爾格秒。處於最低能量的基態量子構成了量子空間,受到激發的量子就成為光子,由高能量子組成的封閉體系就是物質。

於是,當物體的運動速度不斷地增加時,量子空間對該物體的束縛會越來越大,以至於該物體的新增能量以相對於量子空間的勢能為主,表現為與速度無關。

當物體的運動速度接近於光速時,其所面對的空間量子越來越多,感受到巨大的空間壓強。於是,該物體就會像高空墜落的人體那樣被擠壓解體,由作為物質的封閉體系還原為作為能量的離散粒子。

總之,由於量子空間的存在,由於物質是高能量子組成的封閉體系,所以一個物體即便是可以獲得無窮多的能量,其結果也不是速度的增加,而是被空間擠壓解體,還原為離散的光子。

這就好比是高速運動的氣球🎈,其運動的速度無法超過聲速,在其達到聲速之前就會被空氣擠爆了。


淡漠乾坤


“太空中的火箭有無限的燃料,不停的加速,最終能不能超過光速?”這是一個十分有趣的問題。關於這個問題,其實可以分兩個部分來講,第一部分就是火箭真的做得到無限燃料麼?第二部分就是即使是無限燃料,根據狹義相對論也無法達到光速。

接下來,我們一個個來講。

火箭

大家如果認真去看一下火箭,你就會發現,火箭一般都是2-4級的,實際上,4級的也不多,大多都是3級的。按理說,如果可以多級,其實火箭還能跑的遠,還能完成更多的任務。可為啥偏偏沒有多餘4級的呢?

這就要火箭的原理說起了,首先,我們要搞清楚一點,那就是火箭為什麼要分級?幹嘛不是一個整個,直接往上飛?答案是:根本做不到。

因為想要飛出去,至少要達到第一宇宙速度,也就是說至少要達到7.91km/s。按照目前的技術條件,單級火箭能達到的最快時速是6km/s,所以,利用單級火箭是沒辦法實現的。

至於為什麼實現,我們可再多說幾句。我們設想一下,把一個巨大的火箭做成了單級的,那麼就意味著要把全部的推進劑都出處在火箭的貯箱裡面。這就需要把貯箱的體積擴大到非常大的程度,但我們要知道的是體積並不是刻意隨便擴的,隨著你擴大體積,為了能夠承受住負荷,就得加厚貯箱的箱壁,這在無形中就會增加貯箱的重量,貯箱的重量變大了,那會咋樣?需要的推進劑就會多。所以,為了達到第一宇宙速度,你又得增加貯箱的體積,以此儲存更多的推進劑,然後又會遇到貯箱重量變大的問題,一直循環往復。

其實也有科學家表示對此不服,前去挑戰,有的人想到的是採用高性能的推進劑,有的想到的是用高輕度的結構材料,以此來減輕火箭的質量。結果,他們都失敗了。也正因為這個原因,火箭才開始採用多級。那具體是咋操作的呢?

一般來說是這樣的,首先先把第一級點了,讓火箭先飛起來,達到一定速度之後,也就是第一級燃料耗盡之後,讓它自動剝落。接著把第二級給點了,給火箭進一步加速,燃料耗盡後然後關機剝落。就這樣一級一級傳遞下去,一般來說,常見的是2-4級火箭。

這樣做的好處是,隨著一級一級的剝落,火箭自身的重量是在減輕的。這樣加速的效率也就更好。

那火箭是分級越多越好麼?

所以,想要達到無限燃料,也就是要無限級。可為什麼現在的火箭只有2-4級呢?這其實和火箭自身有關。造一個火箭可不是隨便過家家,它實際上是一個系統工程。我們看到的是一枚火箭深空了,可實際上這是個非常複雜的過程,近代火箭的發射常常要依賴控制論。這是一位叫做維納的科學家提出來的理論,他在二戰時研究炮彈打出去之後的路徑問題,他發現,炮彈打出去的路徑會受到許多影響,諸如溼度,溫度,風速等等,哪怕一個細微的影響,都會千差萬別。其實火箭的發射也是這個道理,所以,這時候就要引入控制論。

而通過控制論,我們可知道,分級越多,對於火箭而言,會造成的影響因素就越多,這會導致連接和分離結構增加,也就增加了火箭的結構重量,會大幅度降低可靠性。其實,四級的火箭會出現的意外,就遠比三級要高得多。所以,四級本身都不太多見。所以,不採用更多級的原因,本質上就在於控制風險,要搞個10級,20級,可能沒升空就就地炸了。

相對論

假設,我們人類的技術騰飛了,10級,20級,10萬級都不是事,那能成功麼?還是不行。這不是我說的,是愛因斯坦說的。他發現,物體在運動時,質量會增加,並且還給出了一個計算公式:

其中m0是靜止質量,說的就是物體靜止時的質量。根據這個公式,我們至少能得出以下兩點信息,那就是:

  1. 只有靜止質量為0的東西才能達到光速,光就是靜止質量為0。
  2. 任何靜止質量不為0的東西,隨著速度越來越快,自身的質量也越打越大,加速就越來越難,理論上要把它加速到光速的能量是無窮大,也就是說根本沒辦法做到。

所以,無限級的火箭隨著不停地加速,會越加越慢,而且始終加速不到光速。其實不要說火箭了,僅就一個電子,人類都沒有能力把它加速到光速。


鍾銘聊科學


根據愛因斯坦的相對論原理,即使火箭擁有無限的燃料,還是不能超過光速的。

首先看有無限的燃料,能不能不停的加速。

大家知道,根據相對論,物體越接近光速質量變得越大,再加速要推動的力也會越大,接近光速時質量將變的無窮大,所需加速的力就要無窮大。

比如質量1公斤物體加速到70%變2公斤,90%變10公斤,99%變200公斤,99.999%變10000公斤,越接近光速質量增加越明顯,直到變無窮大,而加速的能量也需越多,加速過程的能量轉變為質量。另外,太空中也不是純真空環境,就算是一立方米里有一個粒子,速度足夠快後粒子相對密度就會成數量級的增加,摩擦力大到驚人,以現有的科技是無法使火箭不被燒燬的。

再看一下速度能否達到光速。

超不超得過光速先不說,那得先“達到光速”再說,那麼能不能達到呢?

愛因斯坦從光速不變原理和狹義相對性原理,推導出時間膨脹長度收縮洛倫茲變換,接著再由動量守恆得出質速關係,最終由質速關係即可看出靜止質量不為零的物體不可能達到光速,這就是上面那個公式。所以達到光速的前提條件是質量必須為零,這個結論與題主的假設前提是矛盾的,火箭擁有無限的燃料,那麼質量必然是無窮大,所以肯定達不到光速。

從目前的研究來看,依據我們地球目前的科技,使用核聚變為燃料來源的火箭,理想狀態下能使速度達到光速的12%,這離光速還有非常大的距離。

希望我的回答能夠幫助到您。


優美生態環境保衛者


問題不能成立,太低級。

①火箭有無限的燃料,可能嗎?

如果燃料的質量是無限的,就飛不起來了。

有一個最佳的例子。

中國最初試製的導彈,達不到射程。錢學森主持會議,大家商討,肯定要增加燃料,但是,整個導彈必將重新設計,原來的只能推倒重來了,一時間,莫衷一是。忽然,一個年輕人提議放掉一些燃料,減少燃料的質量,眾位科學家最初一怔,隨後轟然大笑,真是嘴上無毛,辦事不牢啊。會議無果而終。會後錢學森反覆思考,覺得這個方案,看似荒唐,實則充滿了辯證法。

火箭最後燃燒的那部分燃料,還沒有輪到燃燒的時候,都是載荷,都是負擔,當然影響飛行的速度和距離。如果適當減少最後燃燒的燃料,則整個飛行的負擔都減小了,自然飛的快,飛的遠。隨後,精確計算,減少部分燃料實驗,果然達到了射程。這才是辯證法。

②燃料?火箭的燃料有多種,你說的是哪一種?密度如何?燃燒值如何?這樣重大的項目,能這樣模模糊糊的,裝聾作啞嗎?

③火箭的發射,都有確定的目的,不是小朋友辦家家,衝口而出,不計後果。實際上,飛行的目的,遠比速度更重要。

目前所有的航天,都有確切的目的,例如導航,國土項目偵查,電視,物種選育。由於航天涉及社會,國家的重大利益,不光國家投資也有民營投資了,這都是有目的,為了利益而投資。從而才沒有效調動社會資源,促進航天事業的發展。

借問一句,追求光速的航天,獲得了哪個國家的支持?哪些企業的資助?如果都沒有,則還是一張白紙,不由人不懷疑,趙括再世了吧?


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