03.08 太空中的火箭有无限的燃料,不停的加速,最终能不能超过光速?

瑞江顺


首先,无限的燃料是不现实的。这里假设给火箭足够的燃料,使其能够不停加速,那么,火箭最终能超过光速吗?

根据牛顿物理学,随着燃料的逐渐消耗,火箭的质量逐渐降低,加速度会越来越高,火箭的速度会越来越快。只要火箭拥有足够多的燃料,太空中的火箭加速到光速,并且最终超过光速,都是迟早的事情,没有什么能够阻止火箭超光速。

然而,根据狭义相对论,火箭不可能被加速到超光速,因为火箭就连光速都不可能达到。虽然火箭的质量会随着燃料消耗而变得越来越小,但由于相对论效应,火箭的动质量会随着速度增加而变得越来越大:

尤其是在速度趋近光速时,火箭的动质量将会大幅度增加,直至随着速度无限接近光速而趋于无穷大。因此,当速度越接近光速时,由于动质量大幅度增加,火箭越难被继续加速。而加速到光速是不可能的,因为这需要无限的燃料来产生无限的动能。相对论的动能由如下公式给出:

如果在速度远低于光速的情况下,对上式右侧展开为泰勒级数,则可以把上式改写成如下的近似表达式:

Ek=1/2mv^2

相对论效应在低速下是无法察觉到的,但在能把粒子加速到亚光速的粒子加速器中,相对论效应会产生显著的影响。在粒子加速器中,物理学家观测到的粒子运动行为完全符合狭义相对论的描述。

总之,根据狭义相对论,局域速度的超光速现象是不存在的。但如果考虑空间膨胀效应,宇宙中遥远的星系会以超光速远离彼此。事实上,银河系正以超光速相对于140亿光年外的河外星系退行而去。空间不是物质,也不是辐射,所以空间的膨胀不受狭义相对论约束。


火星一号


我看了一下人们的回答都是遵守规矩的老实人,没有一个敢大胆扩散思维、逆向思维、引申思维、升华思维、极限思维、爆炸思维、捆绑思维的,为什么?

1.无限燃料不可能,这个大家观点是正确的。

2.说宇宙正在运行的物体达不到光速我不承认。

3.说问题达到光速时光会倒流,这个我也不承认,虽然这个说法是爱因斯坦定的,但是我就不承认。

4.我只相信事实,对于什么所谓的圣人科学家真理我一般是看情况来判断,不是所有的都相信,也不是所有的都不信,与事实吻合我就相信,与事实不吻合你就是天王老子我也不相信。

5.我个人认为宇宙里有很多物体都在以光速行驶。为什么?

①月亮在围绕地球旋转,地球在围绕太阳旋转,太阳在围绕更大的星球旋转,把月亮设定为1,把地球设定为2,太阳为3,更大星球为4,以此类推一直到某星球10000,试问那么星球1围绕星球10000旋转的速度难道没有光速快吗?

②所以我认为任何一个问题在宇宙里运行速度超过光速是完全可能的,而且就算超过光速时光也不会倒流。

③按照宇宙星球极限围绕旋转来推断人类地球运行速度绝对超过了光速。

6.我今天说的违背了爱因斯坦时光倒流理论,可能会被大多数人喷,但是我只相信事实,我坚持的真理是不怕被喷的。


明宇智远


这个问题只是想当然的,可能在很多人的眼里,如果你给一个物体一直加速下去的话,那么这个物体的速度就会不断增加,最终甚至有可能超过光速。


实际上光速是宇宙间最快的速度,一切有静止质量的物体,它的速度都不可能超越光速。在相对没有被提出来之前,可能你说出这样的一个结论人们一定会认同,毕竟按照当时的理论,这个结论完全是正确的,根据动量守恒定理就可以轻松算出将一个火箭加速到光速的时候所需要的火箭燃料,实际上,随着火箭燃料的不断消耗,火箭的速度也越来越快,而燃料的喷射速度不变的话,那么火箭的加速度也会越来越快,按道理说火箭最终的速度一定会达到光速,只不过时间的长短罢了。

理论上是这个样子的,实际上这个实验也没有办法做,因为当时的人们连火箭都没有发明呢,他们也没有什么方法将一个物体的速度无限加速,因为地球的空气并不是真空,随着速度的增加,阻力也会随之增加,最终无论如何这个物体再也不能加速了。当然了,时至今日,哪怕人类已经踏入太空了,人类也没有办法做实验去验证一下到底能不能通过将一个火箭无限加速直至它的速度突破光速。


这实验难点重重,一方面火箭的燃料无论如何也是有限的,总有用完的时候,而如果要将一个火箭加速到光速的时候,需要的燃料肯定也是一个天文数字。当然了,另外一个问题是以人类目前的能力想要将一个物体加速到光速需要的时间实在是太长了,毕竟光速太快了。既然这个实验没法做成,那就从理论的角度来分析一下,根据相对论,物体的质量和物体的速度有关,当物体的速度越快的时候,它的质量也就越大,而当速度接近光速的时候,质量就接近于无穷大了。

所以说,将一个物体的速度加速到接近光速并不是不可能,但是如果想要将它的速度加速到超过光速,那就是不可能的,因为当一个物体的速度被加速到足够接近光速的时候,那么它所需要的能量也是无穷大的,所以说哪怕你用上了整个宇宙的能量去给这个火箭加速,它的速度也不可能达到光速,当它的速度足够接近光速的时候,它的质量就会显著增加,而加速度会显著下降,让它无论怎样被加速都不可能超越光速。



镜像科普


火箭给它一个持续稳定加速度真的能达到光速吗?这当然是不能,其实这里就有一个问题了,根据狭义相对论,要把火箭的速度提高到光速,需要无限的能量,无限的燃料为火箭提供无限的能量,这个显然是不可能的,因为整个宇宙不可能有无限的能量可以提供给火箭。

当我们用燃料给火箭提供动力的时候,刚开始的时候给火箭加速会比较容易,而当飞船的速度大到一定程度的时候,你会发现要想给火箭提速,你就需要更多的燃料,根据狭义相对论,当飞船逐渐接近光速的时候,质量会越来越大,这时候我们就需要更多的能量提供给飞火箭,才能让火箭的速度再增加,这时候火箭每提高一点速度所需的能量是无法想象,可以说当无限趋近于光速的时候能量也就需要无穷大,整个宇宙不可能为火箭提供无穷的能量。

要靠燃料给飞船加速是不可能的,当我们火箭低速的时候,给火箭提供一个稳定的加速度是非常容易的一件事,飞船的速度可以慢慢增加上来,但当接近光速的时候,再给火箭提速已经变得相当困难,而要达到光速是不可能的。


科学日记


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

按照牛顿经典力学的理解,F=ma,理论上只要给物体一个力量,物体将一直保持一个加速度,力越大加速度就越大,如此一来物体的速度就会一直增加,总会达到或超越光速。

但这个公式有一个前提:m(质量)必须是固定的,但爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,物体的质量随着速度的增加而不断增加,动质量与静质量之间的关系为:

从上面公式中可以看出,但速度v很小是,物体的动质量基本等于静质量,两者的差异可以忽略不计。不过当速度v越来越接近光速时,动质量就会变得越来越大,最终当速度无限接近光速时,动质量趋于无穷大。想要给物体继续加速会越来越难,需要无穷大的能量才能让物体的速度达到光速,甚至整个宇宙的能量都不够用,这显然是不可能的。

所以,问题的核心是“能否摆脱牛顿绝对时空观”的传统思维方式,取而代之的是爱因斯坦的相对时空观。而在我们日常生活中,由于我们经历的都是低速事件,实际上仍旧被牛顿的绝对时空观统治者,所以很难直观地理解爱因斯坦的相对时空观。

对于“超光速”的很多假设基本上都是建立在牛顿绝对时空观的思维模式上,大自然并没有限制超光速,只是说“任何携带信息或能量的事物都无法超光速”!所以,光速并不是速度极限,而是拥有静质量的物体的速度极限!


宇宙探索


首先,光速不是宇宙中运动速度的极限!因此,没有必要假设火箭有无限的燃料就能超越光速;

其次,火箭的燃料燃烧产生的喷射物的速度是决定火箭最终能达到的速度极限。因为,当喷射物速度相对火箭恒定时,理论上的速度极限[齐奥尔科夫斯基公式(不考虑相对论)]为:

v=uln(mi/mf)

按初始质量为 mi=100吨、最终质量mf=1.66*10^-30吨(一个氢原子的质量),则最终速度V要达到光速C的话,则火箭恒定的喷射速度必须达到4099.71千米/秒!

由此可见,要超过光速的话,你得首先制造出一台喷射速度必须大于4100千米/秒的发动机!

再者,实现超光速飞行虽然比较难。也就是说,用目前的火箭技术要想使人类乘坐的宇宙飞船速度达到或超过光速的确是很难的。但如果能使用电磁加速技术使喷射的物质速度达到接近光速,则想达到超光速飞行就不是难事了。如:u=0.5C时,则mi/mf>7.389时,V就大于光速C了。也就是一个100吨的火箭可以让13.53吨的飞船达到光速!

总之,光速不可能是宇宙中物质运动速度的极限。爱因斯坦假设光速恒定并为宇宙为运动速度极限是完全不符合客观实际的。要证明其错误很容易。本人下面的文章就进行了比较详细的分析。欢迎有兴趣的朋友参与讨论。


彭晓韬


由于水是液体,在泳池边上的人是可以很轻松地跳入水中。然而,如果不断地增加跳水的高度,使人体入水时的速度增大,则水对人体的阻力越来越大,直至表现出固体的特性,将高空坠落的人拍死。

为什么入水的速度会改变水的性质呢?

众所周知,水虽然表面上是连续的液体,但是其却是由无数个离散的水分子构成的,即其本质是粒子运动的集合。

由于水分子很小且是运动的,所以当人体近距离低速跳入水中时,只有少量的水分子阻挡人体的进入,其它的水分子都有时间躲避人体。所以,此时水压并不很大。

然而,如果高空坠落,人体入水时的速度极大,以至于多数水分子来不及躲避,相对静止在原处,从而使水变硬,对人体造成不可逆的损伤。

这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。这就是作为物理背景的空间对运动的物体产生影响与束缚的原因。

在现实世界中,构成物理背景的空间有许多种,比如水分子构成水、气体分子构成空气等。它们都是由离散的粒子集合所构成的。

越是细小的粒子,其构成的物理背景所影响的范围就越广。由宇宙中不可再分的最小粒子构成的物理背景,就成为我们宇宙的本底空间,即宇宙中的所有物体都会受到该空间的影响与束缚。

这一最小的粒子就是由普朗克常数h所定义的量子,其角动量等于6.623x10-27尔格秒。处于最低能量的基态量子构成了量子空间,受到激发的量子就成为光子,由高能量子组成的封闭体系就是物质。

于是,当物体的运动速度不断地增加时,量子空间对该物体的束缚会越来越大,以至于该物体的新增能量以相对于量子空间的势能为主,表现为与速度无关。

当物体的运动速度接近于光速时,其所面对的空间量子越来越多,感受到巨大的空间压强。于是,该物体就会像高空坠落的人体那样被挤压解体,由作为物质的封闭体系还原为作为能量的离散粒子。

总之,由于量子空间的存在,由于物质是高能量子组成的封闭体系,所以一个物体即便是可以获得无穷多的能量,其结果也不是速度的增加,而是被空间挤压解体,还原为离散的光子。

这就好比是高速运动的气球🎈,其运动的速度无法超过声速,在其达到声速之前就会被空气挤爆了。


淡漠乾坤


“太空中的火箭有无限的燃料,不停的加速,最终能不能超过光速?”这是一个十分有趣的问题。关于这个问题,其实可以分两个部分来讲,第一部分就是火箭真的做得到无限燃料么?第二部分就是即使是无限燃料,根据狭义相对论也无法达到光速。

接下来,我们一个个来讲。

火箭

大家如果认真去看一下火箭,你就会发现,火箭一般都是2-4级的,实际上,4级的也不多,大多都是3级的。按理说,如果可以多级,其实火箭还能跑的远,还能完成更多的任务。可为啥偏偏没有多余4级的呢?

这就要火箭的原理说起了,首先,我们要搞清楚一点,那就是火箭为什么要分级?干嘛不是一个整个,直接往上飞?答案是:根本做不到。

因为想要飞出去,至少要达到第一宇宙速度,也就是说至少要达到7.91km/s。按照目前的技术条件,单级火箭能达到的最快时速是6km/s,所以,利用单级火箭是没办法实现的。

至于为什么实现,我们可再多说几句。我们设想一下,把一个巨大的火箭做成了单级的,那么就意味着要把全部的推进剂都出处在火箭的贮箱里面。这就需要把贮箱的体积扩大到非常大的程度,但我们要知道的是体积并不是刻意随便扩的,随着你扩大体积,为了能够承受住负荷,就得加厚贮箱的箱壁,这在无形中就会增加贮箱的重量,贮箱的重量变大了,那会咋样?需要的推进剂就会多。所以,为了达到第一宇宙速度,你又得增加贮箱的体积,以此储存更多的推进剂,然后又会遇到贮箱重量变大的问题,一直循环往复。

其实也有科学家表示对此不服,前去挑战,有的人想到的是采用高性能的推进剂,有的想到的是用高轻度的结构材料,以此来减轻火箭的质量。结果,他们都失败了。也正因为这个原因,火箭才开始采用多级。那具体是咋操作的呢?

一般来说是这样的,首先先把第一级点了,让火箭先飞起来,达到一定速度之后,也就是第一级燃料耗尽之后,让它自动剥落。接着把第二级给点了,给火箭进一步加速,燃料耗尽后然后关机剥落。就这样一级一级传递下去,一般来说,常见的是2-4级火箭。

这样做的好处是,随着一级一级的剥落,火箭自身的重量是在减轻的。这样加速的效率也就更好。

那火箭是分级越多越好么?

所以,想要达到无限燃料,也就是要无限级。可为什么现在的火箭只有2-4级呢?这其实和火箭自身有关。造一个火箭可不是随便过家家,它实际上是一个系统工程。我们看到的是一枚火箭深空了,可实际上这是个非常复杂的过程,近代火箭的发射常常要依赖控制论。这是一位叫做维纳的科学家提出来的理论,他在二战时研究炮弹打出去之后的路径问题,他发现,炮弹打出去的路径会受到许多影响,诸如湿度,温度,风速等等,哪怕一个细微的影响,都会千差万别。其实火箭的发射也是这个道理,所以,这时候就要引入控制论。

而通过控制论,我们可知道,分级越多,对于火箭而言,会造成的影响因素就越多,这会导致连接和分离结构增加,也就增加了火箭的结构重量,会大幅度降低可靠性。其实,四级的火箭会出现的意外,就远比三级要高得多。所以,四级本身都不太多见。所以,不采用更多级的原因,本质上就在于控制风险,要搞个10级,20级,可能没升空就就地炸了。

相对论

假设,我们人类的技术腾飞了,10级,20级,10万级都不是事,那能成功么?还是不行。这不是我说的,是爱因斯坦说的。他发现,物体在运动时,质量会增加,并且还给出了一个计算公式:

其中m0是静止质量,说的就是物体静止时的质量。根据这个公式,我们至少能得出以下两点信息,那就是:

  1. 只有静止质量为0的东西才能达到光速,光就是静止质量为0。
  2. 任何静止质量不为0的东西,随着速度越来越快,自身的质量也越打越大,加速就越来越难,理论上要把它加速到光速的能量是无穷大,也就是说根本没办法做到。

所以,无限级的火箭随着不停地加速,会越加越慢,而且始终加速不到光速。其实不要说火箭了,仅就一个电子,人类都没有能力把它加速到光速。


钟铭聊科学


根据爱因斯坦的相对论原理,即使火箭拥有无限的燃料,还是不能超过光速的。

首先看有无限的燃料,能不能不停的加速。

大家知道,根据相对论,物体越接近光速质量变得越大,再加速要推动的力也会越大,接近光速时质量将变的无穷大,所需加速的力就要无穷大。

比如质量1公斤物体加速到70%变2公斤,90%变10公斤,99%变200公斤,99.999%变10000公斤,越接近光速质量增加越明显,直到变无穷大,而加速的能量也需越多,加速过程的能量转变为质量。另外,太空中也不是纯真空环境,就算是一立方米里有一个粒子,速度足够快后粒子相对密度就会成数量级的增加,摩擦力大到惊人,以现有的科技是无法使火箭不被烧毁的。

再看一下速度能否达到光速。

超不超得过光速先不说,那得先“达到光速”再说,那么能不能达到呢?

爱因斯坦从光速不变原理和狭义相对性原理,推导出时间膨胀长度收缩洛伦兹变换,接着再由动量守恒得出质速关系,最终由质速关系即可看出静止质量不为零的物体不可能达到光速,这就是上面那个公式。所以达到光速的前提条件是质量必须为零,这个结论与题主的假设前提是矛盾的,火箭拥有无限的燃料,那么质量必然是无穷大,所以肯定达不到光速。

从目前的研究来看,依据我们地球目前的科技,使用核聚变为燃料来源的火箭,理想状态下能使速度达到光速的12%,这离光速还有非常大的距离。

希望我的回答能够帮助到您。


优美生态环境保卫者


问题不能成立,太低级。

①火箭有无限的燃料,可能吗?

如果燃料的质量是无限的,就飞不起来了。

有一个最佳的例子。

中国最初试制的导弹,达不到射程。钱学森主持会议,大家商讨,肯定要增加燃料,但是,整个导弹必将重新设计,原来的只能推倒重来了,一时间,莫衷一是。忽然,一个年轻人提议放掉一些燃料,减少燃料的质量,众位科学家最初一怔,随后轰然大笑,真是嘴上无毛,办事不牢啊。会议无果而终。会后钱学森反复思考,觉得这个方案,看似荒唐,实则充满了辩证法。

火箭最后燃烧的那部分燃料,还没有轮到燃烧的时候,都是载荷,都是负担,当然影响飞行的速度和距离。如果适当减少最后燃烧的燃料,则整个飞行的负担都减小了,自然飞的快,飞的远。随后,精确计算,减少部分燃料实验,果然达到了射程。这才是辩证法。

②燃料?火箭的燃料有多种,你说的是哪一种?密度如何?燃烧值如何?这样重大的项目,能这样模模糊糊的,装聋作哑吗?

③火箭的发射,都有确定的目的,不是小朋友办家家,冲口而出,不计后果。实际上,飞行的目的,远比速度更重要。

目前所有的航天,都有确切的目的,例如导航,国土项目侦查,电视,物种选育。由于航天涉及社会,国家的重大利益,不光国家投资也有民营投资了,这都是有目的,为了利益而投资。从而才没有效调动社会资源,促进航天事业的发展。

借问一句,追求光速的航天,获得了哪个国家的支持?哪些企业的资助?如果都没有,则还是一张白纸,不由人不怀疑,赵括再世了吧?


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