一根30万公里长的棍子如果挥舞起来末端速度能否超光速

我要新鲜事2023-10-24 19:46:390阅

不太可能。爱因斯坦曾经提出一个宇宙中的极限，即光速是不可逾越的极限速度。根据这一理论，无论物体如何努力，其运动速度都不可能超过光速。尽管这一理论得到了广泛认可，但仍然有一些人怀着质疑的态度，并思考是否有可能找到一些方法来超越这一极限。

一、使用一根足够长的棍子，是否可以实现超越光速的运动

如果我们将一根长度达到30万公里的棍子的一端固定在某一点，然后以一定的速度旋转另一端，就好像在挥动它一样，根据圆周运动的公式，可以计算出棍子的另一端的线速度。假设我们每秒挥动一周，那么根据公式，棍子的一端将以每秒188.4万公里的速度移动，相当于光速的六倍。

这个设想似乎令人兴奋，因为长棍子的长度越来越大，其速度也会不断增加，最终可能实现超越光速的目标。然而，现实世界的物体并非如此。

二、现实世界的物体

在现实世界中，很难找到绝对不会发生形变的刚体物体。绝大多数物体在受到外力作用后，都会产生一定程度的变形，尽管平时我们施加的力较小，这种变形通常可以忽略不计，从而近似地将物体视为刚体。

当物体越来越大时，情况就不一样了。即使是钢筋这样的材料，在长度达数米后，也会像鞭子一样甩动，形变变得非常明显。在极端情况下，如大楼在强风中的微小摆动，都显示出了变形的现象。这是因为物体在受到外力后，内部会产生相互作用力，也就是机械应力，这些力使物体试图恢复到原始状态，以抵抗外部变形。因此，一根长度为30万公里的棍子在受到外力挥动时，将会产生巨大的机械应力，最终导致断裂，因此实际上无法挥动。

如果我们暂且忽略这一现实问题，设想我们真的拥有一根绝对不会发生形变的棍子，并且能够在瞬间施加力。

三、这样是否就能实现超越光速的运动

实际上，物体的运动可能与我们的想象不同。当我们在日常生活中拉动一根棍子时，可以观察到棍子的末端也会随之移动。然而，根据力学原理，物体的不同部分并不会同时运动。当施加力时，力作用在物体的局部区域，导致该区域首先获得加速度并开始运动。这个运动信息会以机械波的形式传播到其他部分。

在这种情况下，力的传播速度与物体的密度相关。例如，在木材中，力的传播速度仅为每秒500米，而在金属中，如铁杆，力的传播速度可达每秒5000米。然而，力作为一种机械波，其传播速度最高也不能超过声速。因此，当试图挥动一根长达30万公里的铁杆时，即使以每秒5000米的速度传播力，也需要大约16.66小时才能够使铁杆的末端产生运动。

此外，绝对刚体无法发生形变，无法传递机械波，因此无论挥动的速度有多慢，都需要瞬间将力施加到整个物体上。这意味着在物体的不同部分之间传递信息的速度将超过光速。根据狭义相对论，要实现这一点，需要无穷大的能量，这是不切实际的。