假如有一根长杆长38万千米,我握着一端,与地面平行快速旋转一圈,哪么长杆的另一头是不是就超过光速了?

刘Free


杠杆有省力杠杆和费力杠杆,在费力杠杆的这一端滑动1米,另一端可能会滑动10米。杠杆这一端的速度是1米每秒,另一端的速度就是10米每秒。

转动一根很长很长的棍子去实现超光速,这是很多人曾经想过的。这样的棍子肯定造不出来,因为没有符合要求的材料。即使假设有这样的材料,假设有一个人的力气足够大,假设这个人没有被棍子弹跑,棍子的另一端也不可能超光速。因为人推动棍子或者转动棍子,是通过机械波将转动信号从棍子的这一端传到另一端,机械波的传播速度等于声音在这种介质中的速度。棍子的这一端拧成花卷了,另一端离收到转动信号还早着呢。

很长很长的杠杆虽然造不出来,不过有很多器械是和杠杆等效的,比如滑轮、齿轮。若是大小齿轮同轴同角速度转动,转一圈小齿轮的边缘走了10厘米,大齿轮的边缘会走得更多。让跟多的齿轮排列在一起,就可以实现更大传动比。

还真有人做出过一个大的齿轮组,一共设计了100级,每一级的传动比是10。按照这样的设计,第一个齿轮转了1圈,第二个齿轮会转10分之一圈,第三个齿轮会转100分之一圈,第100个齿轮会转10的99次方分之一圈。或者说,如果第一个齿轮转一圈需要1秒,第二个齿轮转一圈就需要10秒,第三个齿轮转一圈需要100秒,第100个齿轮转一圈需要10的99次方秒。10的99次方秒,这是31.7亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿年,远远超过宇宙的年龄。

如果倒着转这个齿轮组,让第100个齿轮转一圈,第一个齿轮就能够转10的99次方圈,这样就有望超光速了。这回仪器造出来了,真正的问题更清楚了,谁能转动第100个齿轮?材料能撑得住吗?这时候如果继续假设能,相对论就要出手了,相对论告诉我们,速度越大质量就越大。当物体加速到趋近光速,它所需要的能量就趋近于无穷大。宇宙中没有那么多能量推动着轮子接近光速转动,超光速还是别想了吧。


刁博


这个问题属于相对论科普问题中的元老级别了,先说结论,长杆的任意一部分都不可能超过光速,甚至连达到光速都是不可能的。

理论上,以长杆为半径做圆周运动,边缘的线速度等于角速度与半径之乘积,这也就意味着不管角速度由多小,只要长杆的长度足够长,那么边缘线速度的大小都能趋向于无穷。像题目中说的那样,长杆的长度是38万千米(这不就是月地平均距离吗),只要我们轻轻一挥长杆,那么长杆的另一端线速度就很容易超光速了(大于每秒30万公里)

然而这可能吗?

很明显,这是明显违背物理定律的事情,在狭义相对论中,物质的速度被规定不能超越光速,只有那些静止质量为零的物质才能以光速移动,否则就将违背因果律。

在狭义相对论中,有一条质量随速度变化的推论,它告诉我们如果一个物体的速度无限接近光速,那么物质的质量将会无穷尽的增大,显而易见的是,质量无穷的物体将需要无穷多的动力进一步加速,那么这无穷尽的动力哪来呢?没有地方来。

所以说不论你多么长的长杆,任何部分都不能超光速,如果强行挥动的话,结局只有一个:长杆断裂解体。

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赛先生科普


想象中的超过光速的办法还有好多呢。

如果你足够大,用手扒拉地球,地球也能超光速。


如果你站在地球上,握着太阳使劲抛向银河系中心,太阳也能超光速。


如果。。。


闹钟响了,醒了


一叶枫流


当然超过光速,而且也用不着长38万千米,因为那么长的话,那个圆的直径就是76万千米,旋转一圈之后长杆的另一头就走过76万X3.1416=238.76万千米,如果一秒钟转一圈,那就超额好几倍了,浪费了想象力太可惜。题主很聪明,只说“快速旋转”,没说用多少时间。因为事实上转这一圈永远不可能实现。

这说的是在想象当中完全可以“实现”,只要你不怕笑。

现实当中呢?自从盘古开天地到现在,还没人能造出一根长38万千米的长杆。自然,“谁持彩练当空舞”也只能是呓语。


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