假如有一根長杆長38萬千米,我握著一端,與地面平行快速旋轉一圈,哪麼長杆的另一頭是不是就超過光速了?

劉Free


槓桿有省力槓桿和費力槓桿,在費力槓桿的這一端滑動1米,另一端可能會滑動10米。槓桿這一端的速度是1米每秒,另一端的速度就是10米每秒。

轉動一根很長很長的棍子去實現超光速,這是很多人曾經想過的。這樣的棍子肯定造不出來,因為沒有符合要求的材料。即使假設有這樣的材料,假設有一個人的力氣足夠大,假設這個人沒有被棍子彈跑,棍子的另一端也不可能超光速。因為人推動棍子或者轉動棍子,是通過機械波將轉動信號從棍子的這一端傳到另一端,機械波的傳播速度等於聲音在這種介質中的速度。棍子的這一端擰成花捲了,另一端離收到轉動信號還早著呢。

很長很長的槓桿雖然造不出來,不過有很多器械是和槓桿等效的,比如滑輪、齒輪。若是大小齒輪同軸同角速度轉動,轉一圈小齒輪的邊緣走了10釐米,大齒輪的邊緣會走得更多。讓跟多的齒輪排列在一起,就可以實現更大傳動比。

還真有人做出過一個大的齒輪組,一共設計了100級,每一級的傳動比是10。按照這樣的設計,第一個齒輪轉了1圈,第二個齒輪會轉10分之一圈,第三個齒輪會轉100分之一圈,第100個齒輪會轉10的99次方分之一圈。或者說,如果第一個齒輪轉一圈需要1秒,第二個齒輪轉一圈就需要10秒,第三個齒輪轉一圈需要100秒,第100個齒輪轉一圈需要10的99次方秒。10的99次方秒,這是31.7億億億億億億億億億億億年,遠遠超過宇宙的年齡。

如果倒著轉這個齒輪組,讓第100個齒輪轉一圈,第一個齒輪就能夠轉10的99次方圈,這樣就有望超光速了。這回儀器造出來了,真正的問題更清楚了,誰能轉動第100個齒輪?材料能撐得住嗎?這時候如果繼續假設能,相對論就要出手了,相對論告訴我們,速度越大質量就越大。當物體加速到趨近光速,它所需要的能量就趨近於無窮大。宇宙中沒有那麼多能量推動著輪子接近光速轉動,超光速還是別想了吧。


刁博


這個問題屬於相對論科普問題中的元老級別了,先說結論,長杆的任意一部分都不可能超過光速,甚至連達到光速都是不可能的。

理論上,以長杆為半徑做圓周運動,邊緣的線速度等於角速度與半徑之乘積,這也就意味著不管角速度由多小,只要長杆的長度足夠長,那麼邊緣線速度的大小都能趨向於無窮。像題目中說的那樣,長杆的長度是38萬千米(這不就是月地平均距離嗎),只要我們輕輕一揮長杆,那麼長杆的另一端線速度就很容易超光速了(大於每秒30萬公里)

然而這可能嗎?

很明顯,這是明顯違揹物理定律的事情,在狹義相對論中,物質的速度被規定不能超越光速,只有那些靜止質量為零的物質才能以光速移動,否則就將違背因果律。

在狹義相對論中,有一條質量隨速度變化的推論,它告訴我們如果一個物體的速度無限接近光速,那麼物質的質量將會無窮盡的增大,顯而易見的是,質量無窮的物體將需要無窮多的動力進一步加速,那麼這無窮盡的動力哪來呢?沒有地方來。

所以說不論你多麼長的長杆,任何部分都不能超光速,如果強行揮動的話,結局只有一個:長杆斷裂解體。

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賽先生科普


想象中的超過光速的辦法還有好多呢。

如果你足夠大,用手扒拉地球,地球也能超光速。


如果你站在地球上,握著太陽使勁拋向銀河系中心,太陽也能超光速。


如果。。。


鬧鐘響了,醒了


一葉楓流


當然超過光速,而且也用不著長38萬千米,因為那麼長的話,那個圓的直徑就是76萬千米,旋轉一圈之後長杆的另一頭就走過76萬X3.1416=238.76萬千米,如果一秒鐘轉一圈,那就超額好幾倍了,浪費了想象力太可惜。題主很聰明,只說“快速旋轉”,沒說用多少時間。因為事實上轉這一圈永遠不可能實現。

這說的是在想象當中完全可以“實現”,只要你不怕笑。

現實當中呢?自從盤古開天地到現在,還沒人能造出一根長38萬千米的長杆。自然,“誰持彩練當空舞”也只能是囈語。


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