为什么物质速度不能达到光速?或是超过光速??

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为什么物体运动不能超过光速?~

1905年爱因斯坦提出了著名的狭义相对论。在这个全新的理论中,宇宙中的一切物体的运动速度被规定都不能超过光速。这个和过去的物理学格格不入,甚至有些蛮横的规定到底是怎么出现的呢?以及为什么物理学家对超光速就那么讳莫如深呢?
一. 光速不变的历史背景
其实早在19世纪末的时候,物理学家就已经察觉到一些光速的不寻常了。光速的异常第一次出现在电磁波里面。当时英国物理学家麦克斯韦刚刚提出著名的麦克斯韦方程组,统一了电磁学。人们很快发现,根据麦克斯韦方程组的预言,光速在任何参考系中似乎都应该是一个常数和光源,和观察者的速度都无关。这句话的意思是说,我手拿一只电筒,我看到电筒放出的光以光速往前运动。这很自然。不过如果我坐上一个0.5倍光速向前运动的火箭,我看到电筒的光还是以光速向前运动,而且没有上火箭、静止着站在地面的其他观察者看到的光也是以光速向前运动,这就实在是太奇怪了。
二. 实验与两大基本假设
在电磁学理论刚出来的时候,物理学家们对光速不变这样的推论其实是拒绝的。这太违反直觉了,一定是电磁学理论在什么地方出了问题。然而经过了很长时间的摸索和修改,光速不变的这朵乌云不但没有从物理学的理论框架中消失,反而变得越来越强烈和明显,想忽略都不行。
在1887年,两位实验物理学家,迈克尔逊和莫雷尝试通过迈克尔逊干涉仪来测出光速相对于地球公转速度的变化。
然而实验事实却以很高的精度告诉他们,尽管地球的公转速度一直在不断改变,但在地球上测到的光速却是时时刻刻都是一样的。这就意味着光速真的跟地球参考系的公转速度没有任何关系。

图一: 迈克尔逊莫雷实验原理图
迈克尔逊-莫雷实验非常强有力地表明了光速就是自然界里的一个非常特殊的速度,好吧,既然实验没有办法否定它,人们只好学习如何去理解并接受这一事实。到了1905年,瑞士专利局的一个年轻人,阿尔伯特·爱因斯坦决定正式承认光速不变这个事实,并将光速不变作为一个基本假设放入它的新理论中。这个新理论就是后来大名鼎鼎的狭义相对论。
狭义相对论建立在两大基本假设之上,其中一个是相对性原理,即要求物理定律不依赖于任何具体的惯性参考系。所以的惯性参考系均是平权的。第二个假设就是光速不变。但非常奇妙的是,人们发现这两个看似简单的基本假设要同时满足的话,必须付出非常巨大的代价。因为这两个假设在牛顿的绝对时空下是互相矛盾的。所以如果它们两者都对的话,就一定意味着时间和空间不再是以前那种绝对的物理对象了。我们必须建立全新的时空。
三. 光速不变带来的时空观
如果我们用一种叫做洛伦兹变换的数学工具来代替牛顿时期的伽利略变换。那么爱因斯坦提出的两大基本假设就可以同时得到满足。
图二:惯性参考系的洛伦兹变换
但代价是,在不同的惯性参考系中长度不再是不变的了。时间的流逝速度也不再是一样的了。甚至在不同的地方,时间的先后顺序都不一样了。在一个参考系中A事件在B事件之后发生。换一个参考系,A事件就有可能在B事件之前发生。也就是说,未来会变成过去,过去会变成未来!
四. 如果超过光速会发生什么?
未来跟过去居然也是相对的。那这样依赖于时间顺序的因果律不是就完全乱套了吗?不过还好。如果我们观察得更细致一些,我们就会发现时间顺序的颠倒并不是一个普适情况,要发生过去和未来的颠倒需要满足一些前提条件。这个条件就是:如果两个观测者看两个事件A,B的发生先后顺序要颠倒的话,则要求这两个事件在时空上的间隔是一个类空间隔才行。
什么叫类空间隔呢?
?图三:时空图
我们如果用时空图来表示我们这个世界,水平方向是我们的空间坐标,竖直方向是我们的时间坐标。那么光线运动的轨迹就一定处于一个45度倾角的圆锥中,这个时空图上的圆锥就叫做光锥。它把我们的时空分成了三部分,分别是:处在光锥内部的,叫做(关于原点的)类时间隔。处在光锥之上的,叫做(关于原点的)类光间隔,和处在光锥之外的,叫做(关于原点的)类空间隔。
类空间隔的一个特性我们刚刚说了:两个事件的时间先后顺序想要颠倒的,这两个事件必须处于类空间隔上。
类空间隔另一个的特性是:如果想从原点到达类空间隔的任何位置,那么运动速度必须要超过光速才行。
两个特性一结合我们就会发现:任何能量,物理和信息都不能超光速传播!为什么呢?因为如果有任何一种信息可以超过光速,那么它就可以从事件A到达事件A的类空区域上的一个事件B。而类空间隔的两个事件AB不具有绝对的过去和未来。这就使得从A,B既可以是对方的过去,又可以是对方的未来。而如果A,B之间还有超光速的信息往来。那么这就意味着我们可以从未来发送一些信息来影响过去了! 这样世界的因果律会瞬间土崩瓦解。
而这正是物理学家们如此固执地坚持任何信息一定不能超过光速传播的原因。

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1.因为根据爱因斯坦导出的公式: M=m/根号下1-v^2/c^2,其中M为物体的动质量,m为静止质量.物体若速度v接近光速,则那个公式的分母便趋于零,则动质量趋于无穷大,那么物体就要用无穷大的能量去转化为质量达到光速,继而推出不可能的情况.
2.光速对于静止质量大于零的物质是上限,但对于静止质量等于零的物质则不是,比如光子在静止时质量为零,则动质量M=hv/c^2(根据E=mc^2和E=hv推出,其中h为普朗克常量,v为光子频率),于是它们不受速度限制,光子逃逸出光锥的速度就大于光速.
3.若超越,时光会倒流.(目前仅仅属于理论)

a,b其实是同一个问题,也就是说,在取任意苛刻条件的情况下是否存在超光速的可能性。

答案是简单的,却是不容易解释的,也是不容易接受的,不存在。

你说的甲乙相对运动的例子是在用错误的经典力学的速度叠加原理解释。

然而,哲学上并没有速度极限的想法,也就是说,哲学并没有给速度加以限制,一言以蔽之,哲学上可以认为速度是开放的,在有条件时是可以以无限大速度传播的。

但物理毕竟是一门以结论论成败的基础科学,光速已经测量出来了,它是个不变量已经是学术界广为接受的事实了。

物体高速运动时不满足经典物理学的速度叠加公式,应使用洛伦兹速度变换公式:u=(v+u’)/(1+vu’/cc)
或者△v=|v1-v2|/√(1-v1v2/c^2)

你这是诡辩论,确切的说是绝对速度与相对速度不分!相对与甲而言,乙的速度超过0.9c(不是经典物理学的速度叠加,但是也可知道相对速度变大,具体公式书上有介绍),而乙的本身速度就是0.9c,这个需要比较吗?不需要比较!同理甲也是这样
超越光速在现在已知条件下是不可行 ,只能无限接近,就像是宇宙运行的一种规则一样,当然,我们还需要一种契机来突破,那我们就可以空间跳跃或是穿越未来了

根据洛伦慈变换 我们令t'=v(t-VX/C.C) v=1/sqrt[1-(V/C).)(V/C)] sqrt为根号
所以当V>C时,v为虚数,及根号下面是负数,没有意义。所以V<C时才有意义。及宇宙中所有运动的物体速度均不可能超过光速


为什么任何物体的速度都不能超过光速?
当其无限接近光速时,其质量为无穷大,而推动无穷大质量继续加速就需要无穷大的力,而这显然是不可能的.所以,当速度为光速时,也就不可能继续加速了.继而可以得出结论,任何速度都不可能超越光速.当然,相对论虽然被科学界基本认同,但是毕竟是理论,不能说一定是真理,也可能日后会有人证明超光速是可能的....

光速无法被超越,其根本原因是什么?
即一个物体的运动速度越大,其质量就会越大,那么维持其高速运行时所需的能量也就越大,当物体接近光速时,其维持接近光速运动的能量就趋近于无穷大,也就是质增效应,因此物体不可能达到光速。其实从这个公式中,我们也可以发现,当物体的速度v为光速的时候,代入公式,分母为0,在数学中,这种情况下...

为什么爱因斯坦说任何物质不能超过光速?超过光速会怎么样
2.光速对于静止质量大于零的物质是上限,但对于静止质量等于零的物质则不是,比如光子在静止时质量为零,则动质量M=hv\/c^2(根据E=mc^2和E=hv推出,其中h为普朗克常量,v为光子频率),于是它们不受速度限制,光子逃逸出光锥的速度就大于光速.3.若超越,时光会倒流.(目前仅仅属于理论)

爱因斯坦是说有质量的物体不可能达到光速,又说宇宙膨胀超过光速,是否...
爱因斯坦在1905年建立狭义相对论,以光速不变原理和狭义相对性原理为基础,推导出物体运动速度不能超过光速,而且有静止质量的物体不能达到光速,只能无限接近光速。其实早在麦克斯韦建立电磁学方程组时,就发现光速可以根据真空介电常数(ε0)和真空磁导率(μ)推导出来,由于ε0和μ均...

为什么宇宙里任何物质的速度都不能超过光速?
相对论的一大前提假设就是任何物体的速度不能超过光速.因为由m=m\/(1-v的平方/c的平方)对分母开平方.由这条公式可以知道,当速度接近光速时,分母趋于0,所以质量趋于无穷大.这是不可能的.另外,E=1\/2 mv2可以知道.由于质量无穷大,能量无穷大,所以没有外界的东西可以提供 ...

如果一根针以光的速度撞击地球,会发生什么?地球会消失还是毫无反应...
至于具体穿越多远,那就要具体计算了。当然现实中有质量的物体不能达到光速。按照相对论,如果针达到光速,他的质量会非常大,大到比地球质量更大,这么大质量和速度,撞上地球,地球会在一瞬间气化,然后放出更多能量,能量等级达到超新星极别,整个太阳系会受到极大影响任何有质量的物质,以光速运动,...

物质为什么不能超过光速?
2 物质速度上限为什么不能超过光速上限 从玻尔半径公式(普朗克常数除以电子质量除以光速除以精细常数)可以看到如果电子速度无限叠加,波尔半径最小值就是0,电子落进原子核得到的能量可以无穷的用到增加电子动能上,电子半径可以无穷小……然后原子结构就不存在了 具体来说,这个牵扯到“电磁力可以看做两个...

光速可以被超越吗?超光速可以时光倒流吗?
不过,快子是否存在本身在物理学界就存在争议,而超光速也只是在数学上成立的假设,至于观测到的宇宙超光速更是无从解释。光速被超越时光会倒流吗?速度本质上其实是一个物体在单位时间内空间位置的转移。爱因斯坦也曾提出,要保持光速不变,一个物体如果要保持速度,就得在空间和时间上做出调整。速度是...

宇宙中有没有速度超过光速的物质
有质量的物体的运动速度是不可能达到光速的。原理如下: 首先,我们来了解一下质能等价理论。质能等价理论是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论,即著名的方程式E=mC^2,一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量。一个静止的物体,其全部的能量都包含在静止的质量中。一旦运动,就要产生动能。由于质量和...

物体的运动速度存在上限和下限吗?
让我们先来了解一下,什么是速度?速度就是描述物体运动快慢的物理量。在物理上,速度是一个矢量(忽略实际意义,也就是数学中的向量),也就是不仅具有数值上的大小,还具有方向性。如果速度只有大小没有方向,在物理上又称之为速率。在日常生活中,速度和速率并没有做这么严格的区分,不管有没有方向...

蝶山区19234768065: 为什么物体速度不能超越光速 -
许喻维柳: 物体的速度不能超过光速这个说法就是值得推敲的一个问题. 准确的表达应该是目前已知的物体中,其速度不能超过光速.因为光是我们能看到物体的前提基础,不管光从物体上反射,发出,然后到达我们的肉眼或已知的检测仪器,我们才能发现物体.光是我们目前已知的速度最快的物质,也是我们能看到在光速范围内运行的物体的基础.所以得到了就目前已知的各种物体中,其速度绝对不可能超过光速,因为一旦超过我们就“看不到”他们了.

蝶山区19234768065: 为什么任何物体的速度都超不过光速??? -
许喻维柳: 相对论不允许有质量的物质运动速度超过光速,如果达到光速,质量便会加到无穷大.所以相对论不让携带能量和信息的物质超光速.其实,超光速不是不行的,只要不携带能量和信息,超光速就是被允许的.宇宙膨胀、量子力学的波函数、快子等超光速是不违背狭义相对论的.

蝶山区19234768065: 为什么一般物体的速度不能达到光速? -
许喻维柳: 因为物体接近光速,质量会变得无限大,加速度与物体质量成反比,所以接近光速时,要再进一步加速,耗费的能量接近无限大,所以这是不成立的.需要用其它或捷径方式实现“光速”

蝶山区19234768065: 物体的运动速度为什么不能超光速?
许喻维柳: 首先说明,世界上是没有能超越光速的东西的. 如果你学过牛顿力学的话,这个问题就不难解决. 根据爱因斯坦的相对论,当物体的速度无穷接近于光速时,它的质量会...

蝶山区19234768065: 物体为什么不能以光速运动,或超光速运动? -
许喻维柳: 朋友,真理都是局限的,科学在本质面前也是盲人摸象,现有理论可能也有其局限性,以前,人类相信比空气重的东西不能飞上天(当然是指的人造物)、相信不能在真空中推进、相信飞行器的速度不能突破音速,可是后来,都越过了这些障碍,光障是现在的物理难题,但是现今物理系统还不是完备的,以后随着科技发展也许可以找到突破光速的办法.

蝶山区19234768065: 为什么物体速度不会超过光? -
许喻维柳: 当速度很大,可以和光速相比时,速度相加就不能用牛顿定律(伽利略变换)了,而要用相对论(洛伦兹变换).前者只适用于宏观低速物体,后者可用于高速运动物体.根据洛伦兹变换,u'=(u+v)/(1+uv/c^2). 这里u=v=3/5c,于是u'=0.88c,并没有超过光速.注意当u和v都很小时,即低速极限下,分母近似为1,u'=u+v,洛伦兹变换回到伽利略变换.光速不变是现代物理学的基本原理,光速为最大速度是这一原理的一个推论.目前所有实验都支持高速运动物体符合洛伦兹变换,而不是伽利略变换.并没有任何实验能够质疑这一原理.

蝶山区19234768065: 为什么物质的速度不能超过光速? 为什么一定要用爱因斯坦的理论来解释? -
许喻维柳:[答案] 严格的说物质的速度是可以超过光速的 波的速度包含相速度和群速度 前者是没有光速最大的限制的~ 对于你说的问题,是指为什么没有东西的群速度能达到真空中的光速,这个老爱是没证明的,而是当作一般假设 现在解释这个不太好做,但是有很...

蝶山区19234768065: 为什么速度不能超过光速 -
许喻维柳: 质能等价理论是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论,即著名的方程式E=mC²,式中E为能量,m为质量,C为光速;也就是说,一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量. 由此可以解释为什么物体的运动速度不可能超过光速. 一个静止的...

蝶山区19234768065: 为啥不可能超过光速 -
许喻维柳: 理论上是不能超越光速的.根据狭义相对论,当一个物体开始加速,它的质量会慢慢增加,在这个物体的速度接近光速之前,质量增加是非常少的.但是当速度接近光速,它的质量会一下子变得非常大,等于或超越光速的话,质量会变得无穷大...

蝶山区19234768065: 为什么任何物质运动的速度都不可能超过光速 -
许喻维柳: 人无论靠什么推进器,速度都是无法达到光速的,更不要说超光速了.因为,有质量的物体的运动速度是不可能达到光速的.原理如下: 首先,我们来了解一下质能等价理论.质能等价理论是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论,即著名的方程...

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