“達到”這個詞,讓人感覺有一個加速的過程,從零逐漸增加,最后到光速。但是光不會“達到”光速,因為光的速度永遠不會低于光速(這里說的是真空中,在介質里光速會降低,變成真空光速除以這種介質的折射率)。當然,也不會高于光速。
光的速度就是一個定值,——光速,大約每秒30萬公里。這就是為什么“光速”是一個自然界的基本常數,而“你的速度”或者“一輛汽車的速度”不是自然界的基本常數,因為這些速度是可變的,而光速不變。
為什么你日常見到的物體速度會改變,會從零逐漸變化,而光卻不會?因為這是狹義相對論決定的。
狹義相對論里,每一個物體都有一個“靜質量”m0,就是它在靜止時的質量,然后,當它運動起來時,質量會發生變化,——這是完全超越日常經驗的,但卻經過了無數實驗證實!變成什么呢?
當速度為v時,“動質量”m = m0 / sqrt(1 – v^2/c^2),這里sqrt表示“開根號”,^2表示“平方”,c是光速。
當v很小時,v^2/c^2接近于0,1 – v^2/c^2接近于1,sqrt(1 – v^2/c^2)也接近于1,m接近于m0,也就是說,動質量跟靜質量沒有多少差別。多小算“很小”呢?你要考慮到光速是30萬公里每秒,我們日常所見的速度跟它相比都差了好幾個數量級。比如高鐵列車,假設在以360公里每小時的運行(比最近要恢復的350還高一點),就是0.1公里每秒(一小時是3600秒),這個v只是c的300萬分之一!在這個速度下,質量的變化只有幾萬億分之一的量級,無法察覺。即使是以第一宇宙速度環繞地球的衛星,速度也不過是7.9公里每秒,雖然比高鐵快多了,跟光速相比還是可以忽略不計。
但是當v接近光速時,動質量跟靜質量的差別就顯示出來了。例如v = c/2,這時你會算出m = 2/sqrt(3) m0 = 1.155 m0。如果v = 0.9 c,就有m = 2.294 m0。而如果v = 0.99 c呢?這時m = 7.089 m0。隨著速度接近光速,動質量迅速地增大。
如果速度達到光速了,會怎么樣呢?這個公式告訴你,動質量會變成無窮大。
但這實際上是不可能發生的事情!因為質量越大,要再加速,需要外界給它的能量就越多。到接近光速的時候,你給它天文數字的能量,也只能讓它的速度增加一點點,仍然達不到光速。而你能提供的能量總是有限的。
因此,如果一個物體的靜質量不為零,你就永遠不可能把它加速到光速。
但是,還有另一種情況。如果一個物體的靜質量為零呢?這時你會發現,如果它的速度低于光速,動質量就必然是0,因為m0 / sqrt(1 – v^2/c^2)這個分式中,分子為零,分母不為零。但這又是不可能發生的事。因為按照相對論的質能關系,E = m c^2,能量等于動質量乘以光速的平方,如果動質量為零,這個物體的能量就是零了,它怎么可能既在運動又能量為零呢?
所以,唯一合理的情況,就是這個物體的靜質量為零,但動質量不為零。這種情況怎么可能出現?只能要求m0 / sqrt(1 – v^2/c^2)這個分式的分子分母都等于0,也就是說,v只能等于c。
因此,靜質量為零的物體,只能以光速運動,速度不可能降到光速以下。
光是什么樣的物體?就是這種靜質量為零、動質量不為零、只能以光速運動的物體。
我想問一下中微子能穿過光子穿不過的物質那是不是說中微子的速度比光還快?
移動會做功,做功會消耗能量,能量守恒定律嘛
才疏學淺,無論如何弄不明白。我有一輛車,標定質量1610千克。當我從家里開出來的時候沒感覺車子的那個部分超大。我開上了高速,超過了限速60%了,除了交警的罰單,車還是那輛車。沒感覺車有任何的質量增加。……。我都快崩潰了!
說得通俗易懂,而且很形象,為一個能將普通人覺得復雜的理論闡述得簡單直白的“解釋”本身點個贊。
光是一種電磁波,也是一種電子,物理書上說過,電子是有質量的,按照這個公式,有質量的物質速度達到光速,質量會變得無窮大,為什么每天我們沐浴在陽光中,沒感受到光的巨大沖擊呢?
老師,我請教一下:一個物體的動質量和靜質量不相等,一般來說,動質量總是大于靜質量,多出來的部分,是不是正好等于給他加速的能量(假設損耗為0)?
一股正氣,比整天看見歪門邪道亂吹牛皮的民科邪教干凈不知道多少
請問光撞擊地球其速度會降低嗎?光是如何釋放熱量的?為什么會使地球增溫?
袁先生這篇回答下的各種牛鬼蛇神真是讓人目瞪口呆,先不說科學素養了,起碼的禮貌都沒有,出語粗鄙,邏輯粗暴,大言不慚,隨便就敢質疑相對論,拿一些日常生活經驗舉例說事,還自以為掌握了獨家秘密,真不知道該怎么吐槽了!由此也可看出科普教育和人文素質提升任重道遠。希望袁先生不要因為這些噴子倒胃口和影響了心情,對您的細心解答和君子之風我表示感謝!