火箭在太空中一直加速,能够超越光速吗?两种方法或许可以
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速度是人类探索地球 , 探索宇宙的重要辅助 。 古时候的人们正是由于缺乏快速的交通工具 , 没有速度的优势 , 对于这个世界的了解才非常有限 。
随着人类走进科技时代 , 在科技的帮助下 , 人类发明了先进的交通工具 , 才有了探索地球的希望 。 在速度的优势下 , 地球由原来的广阔无垠变成了一个有限的地球村 , 实现了古人的梦想 。
走遍地球 , 对于现代人类来说根本不是事 , 只要你愿意 , 坐着飞机就能够短时间内走遍地球的每一个角落 。 而进入科技时代的人类 , 目光已经不再局限于小小的地球 , 而是放眼宇宙 。
在宇宙的面前 , 地球渺小如尘埃 , 而探索浩瀚的宇宙成为了人类的新目标 。 而要探索宇宙自然需要也需要速度的优势 , 我们在地球上自以为豪的速度 , 在宇宙面前连龟速也算不上 。
当然 , 物体在宇宙中航行 , 基本也不会受到阻力的影响 , 这是因为宇宙中的物质密度是非常小的 , 在半径465亿光年的可观测宇宙中 , 存在着多达10^50吨的物质 。 但换算成密度 , 仅为9.9×10^-27千克/立方米 , 这意味着1立方米的空间中只有5.9个质子 。 也就是说 , 太空几乎是真空状态 。
在一个基本接近真空状态的宇宙中穿梭 , 物体运动时受到的阻力基本为零 , 正是由于宇宙中阻力基本为零 , 地球才能够绕着太阳一直公转46亿年 。 如果有明显的阻力 , 那么地球早就耗尽了能量 , 掉进了太空之中 。 而宇宙中的天体能够一直保持一个稳定的运动状态 , 跟宇宙基本是真空环境有着密切的关系 。
既然宇宙是一个真空状态 , 根据牛顿定律 , 那么只要给物体持续一个加速度 , 那么理论上它就可以一直加速下去 。 于是有朋友产生了这样一个疑问:如果火箭在宇宙中能够一直加速 , 能够超越光速吗?
【火箭在太空中一直加速,能够超越光速吗?两种方法或许可以】在爱因斯坦相对论没有提出之前 , 人们根据牛顿第一定律 , 自然会认为火箭可以在真空环境下一直加速 , 只要持续下去 , 那么达到光速 , 超越光速都是可以的 。
可是随着狭义相对论的提出 , 有关速度的问题有了一个初步的定论 , 那就是速度不可以无限加速下去 , 它有一个极限那就是光速 。 有质量的物体速度只能无限接近光速 , 无法达到更无法超越 。 为什么物体的速度无法超越光速呢?
牛顿第二运动定律表明 , 只要火箭有动力 , 加速度一直大于0 , 火箭就能持续加速 。 照此来看 , 火箭加速到超光速只是时间的问题 。 可是狭义相对论又表明 , 物体的运动跟质量有正比关系 , 随着物体运动速度的增加 , 其质量也会不断增加 。
当速度加速到无限接近光速的时候 , 物体运动的质量也会增加到无穷 , 而这意味着物体的动物也会变得无穷大 , 需要的能量也是无穷大 。 宇宙中没有无穷的能量让物体的速度达到光速 , 更不要说超越光速了 。 所以 , 有静止质量的物体连光速也是无法达到的 。
那么相对论中有关物体速度无法达到光速的描述是否正确呢?科学家通过大量的实验 , 对此进行了验证 , 结果证明物体的速度的确无法达到光速 。 科学家对此进行验证使用的是粒子加速器 , 通过对电子进行加速 , 得到了实验结果 。
要知道电子的质量仅有9.1×10^-28克 , 根据经典物理学来计算 , 把一个电子加速到光速所需的能量仅为4×10^-14焦耳 , 这是一个非常小的能量 , 是可以轻松做到的 。 可是在现实中 , 科学家通过目前世界上最强大的强子对撞机 , 对电子进行了加速 , 可是不管如何努力 , 电子的速度只能达到99.999999% , 是一个无限接近光速的值 。
通过实验我们可以看出 , 物体的速度的确无法达到光速 , 更不要说超越光速 , 因此 , 火箭在太空中不管如何加速 , 它的速度永远不会达到光速 。 看到这里的结果 , 相信很多朋友都会感到沮丧 , 要知道浩瀚的宇宙大到我们无法想象 , 仅仅是人类可观测的宇宙范围就达到了930亿光年 。
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