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将周长为10公里的圆盘每秒旋转3万转,是否就意味着已经超光速了?

從經典物理學角度來看, 周長為10公里的圓盤每秒旋轉3萬圈, 所以圓盤外緣的線速度達到了30萬公里/秒, 這意味著這個速度已經超過了真空中的光速(約為29.98萬公里/秒)。

然而, 就像任何試圖打破狹義相對論不可超光速的限制一樣, 這樣的嘗試都是徒勞的, 不可實現的。 雖然制造一個周長10公里的圓盤是可以實現的, 但關鍵是無法使這個巨型圓盤的每秒轉速達到3萬轉。

根據狹義相對論, 隨著運動速度的大幅增加, 相對論效應將會變得不可忽略, 運動質量的增加會使繼續加速所需的能量急劇增多。

尤其是在速度逼近光速時, 繼續加速所需能量將會趨于無限多。 因此, 無論圓盤怎么旋轉, 都無法使外緣的線速度超過光速。

電子的加速實驗可以很好地表明, 在亞光速下很難繼續加速。 電子的質量很小, 只有9×10^-31千克。 在斯坦福線性加速器中, 電子經過距離為30厘米的加速運動之后, 它的速度已被加速度到光速的99.5%。 但隨后再經過距離為3.2公里的加速運動, 電子的速度也只被加速到光速的99.9999995%, 并沒有超光速。

雖然在物理學上不會有超光速, 但如果兩個物體以光速向相反的方向跑相對來說是不是超光速?

不會, 可以直接用下面的公式:

w=(u+v)/(1+u·v/c^2)

如果兩個物體都以光速c朝著反方向運動, 代入上式可得, 它們的合速度:w=(c+c)/(1+c·c/c^2)=c, 即它們的合速度沒有超光速,

而是剛好等于光速。

上述公式是相對論速度疊加法則, 比我們常用的方法多了一個分母。 在低速情況下, 相對論速度疊加法則的分母趨于1, 所以它就會演變成我們常用的形式。 但在高速情況下, 就只能使用相對論速度疊加法則。 因此, 我們在日常生活中所用的速度疊加法則只是實際情況的一種近似。

從相對論速度疊加法則可以看出, 光速與無論怎樣的速度進行疊加, 結果還是光速, 這就是狹義相對論的基本原理之一:光速不變原理。

基于光速不變原理可以得出很多結論, 例如, 有靜質量的物體不能以光速運動, 任何速度的疊加都是小于等于光速, 不同參照系的時間流逝速率是不一樣的。

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網絡)

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