30万公里长棍子沿固定点旋转,每秒1周,棍子末端能超光速吗?
对于光速无法超越理论,相信有不少人一定不服,假想一下,如果将一根长达30万公里铁棍一端沿一个固定点旋转,每秒只需旋转1周,不考虑棍子断裂等因素,根据圆周长公式L=2πr计算得出,棍子末端线速度不就达到每秒188.4万公里吗,是真空光速6.28倍。
如果物体速度真能达到6.28倍光速,肯定是令人兴奋的,继续按这种想法算下去,只要物体长度足够长无限长,比如1光年长,只要一端沿一个点做圆周运行,不管角速度有多慢,末端线速度就会超过真空光速,如此一来,超越光速实在是太简单了。
事实真是这样吗?当你知道两个物理知识后,肯定不会再这么想了,因为在实际中,这是永远不可能的,第一个知识是力在物体中传播速度,第二知识点是爱因斯坦提出的光速无法超越理论。
力传播速度
虽然日常生活经验告诉我们,将一根长棍一端向前拉动时,棍子末端也会同步向前移动,但以科学角度来看,两端移动速度并不同步,这是因为力从棍子一端传播到另一端需要时间,只不过传播时间极短,我们根本觉察不出来,这才让我们误认为棍子两端是同步进行。
那么力在物体中传播速度究竟有多快?实验结果表明,在物体中,力和声音传播速度一致,在不同物质中,力传播速度也会千差万别,比如在木棍和铁棍中,力传播速度差距离极大,在木棍中,力传播速度只有每秒500米,但在铁棍中,力传播速度约每秒5000米,速度快了整整9倍。
如果不考虑其它因素,一根5000米长木棍一端被拖动时,末端将在10秒后才会移动,而一根5000米长铁棍一端被拖动时,末端只需1秒后就移动了。如果棍子长度短于2米,无论是铁棍还是木棍,力传播时间极短,没人能感觉得出来。
30万公里长巨大铁棍一端沿固定点做圆周运动时,按每秒5000米速度,力到末端时间需要60000秒,约等于16.66小时,也就是说我们将铁棍一端用力移动时,末端需要16.66小时后才会移动。
光速无法超越
力在物体中的传播速度只能表明物体每一个部位移动并不同步,但还是没有表明物体永远不会超过光速原理,但在1905年,爱因斯坦提出了光速无法越超理论,也就是说无论你怎么去假设,实际上一切物体运动速度不可能超过光速。
在大型强子对撞器中,无论给粒子施加多大能量,它们的飞行速度始终无法超越光速,最多就是接近光速。多次科学实验证明了一个无法超越的事实,当前没有什么物体速度能够比真空光速更快,不管科学家怎么努力,速度最多只能接近光速,但始终没办法超越。
光速似乎是一切速度的上限,就像绝对零度273.15摄氏度一样,没有比这更低温度。所以当30万公里长巨大铁棍在作圆周运动时,无论你在一端施加多大力,另一端线速度不可能超过光速,最多就是接近光速,当另一端线速度接近光速时,角速度自然就会被限制。
况且在实际中,30万公里长巨大铁棍还要考虑其它问题,变形问题,力传输衰减问题,因此无论我们怎么做都是徒劳无功,物体速度不可能超越光速,或许光速将是宇宙终极速度。有趣的科学探索内容请关注唯一微信公众号:有趣探索
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- 编辑:刘柳
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