一根长30万公里的棍子,这头推一下,那头超光速?运动并非如此
光速是人们非常热衷于讨论的一个话题,人们之所以热衷于讨论光速,原因在于想要找到一种方法将光速最快的理论推翻,并且大多数人相信自己可以找到这样一种方法。
光速不可超越,这一理论源于爱因斯坦的广义相对论,而广义相对论与量子力学一起并称为现代物理学的两大支柱,不可否认,广义相对论并不完美,也不能称之为宇宙的最终理论,但我们也必须要承认,广义相对论可以给迄今为止所有的宏观现象一个无懈可击的解释。而且广义相对论是一个严密的逻辑链,在这个逻辑链之中是不允许任何一个结论被推翻的。
如果有人能够推翻“光速不可超越”的结论,那么也就等于同时推翻了广义相对论。
爱因斯坦得出广义相对论的过程是艰难且复杂的,而想要推翻广义相对论的人却不会花费这么大的功夫,他们企图通过一两个简单的思想实验就达成自己的目的。
而一个最为著名的所谓思想实验就是“既然光速为每秒299792458米,那么我们只要准备一根长30万公里的棍子,然后在棍子的一头推一下,那么另一头不久超越了光速吗?”,乍一看,这似乎很有道理,但实则不然,因为在这个所谓的思想实验中存在着两个谬误。
其一,何为思想实验?
在科学的发展历程中,有很多理论都诞生于思想实验之中,但是思想实验不等同于异想天开。真正的思想实验,之所以只存在于思想层面,是因为在现实中不方便进行相关实验,或者进行相关实验要耗费巨大的财力物力,但理论上是可以在现实中完成这个实验的。
而异想天开不是,异想天开是只能存在于思想中,一旦放到现实中来,它便无法达成。上面所说的这个所谓的思想实验就属于此类。因为如此长的棍子根本无法在现实中存在。首先是现实世界中不存在绝对的刚体,所以如此长的棍子必然变形。
受外力变形的物体会在内部产生相互作用力,以使物体恢复到变形前的状态,这种效应就叫做机械应力,而受机械应力的作用,长达30万公里的棍子是极易断裂的,所以要在现实中制造这样一根棍子是不可能的。
其二,运动和你想的并不一样。推动棍子的一头,促使棍子发生运动,在你的想象中,棍子的所有部分的运动都是瞬时的,但实际上并非如此。从宏观的角度来看,一根棍子就是一个整体,而从微观的角度来看,一根棍子则是由无数的原子和分子所组成的,当我们把力施加在棍子一头的时候,力的传导是需要时间的。
力在物体上的传导本质上是一种波,其传播的速度与物体的密度有关,也就是与物体的材质有关,不过,不论是何种材质的物体,力作为一种机械波,其传播的速度也不可能超越音速,即使棍子是用花岗石做到,那么力在棍子上的传播速度也不会超过每秒6000米,因为声音在花岗石上的传播速度就是约每秒6000米。
我们可以计算一下,如果我们在这样一根长30万公里的棍子的一头推一下,那么等到另一头移动的时候也已经过了十几个小时,所以光速仍然是不可超越的,广义相对论仍然是无懈可击的。