的速度有多快?在日常生活中,有许多幻觉,如手推车可以立即移动,所以许多人认为力的速度是在瞬间产生的,远远超过光速。
事实上并不奇怪。牛顿还认为,当他创立经典力学时,万有引力的作用是瞬时的。这一观点源于当时实验条件和理论的局限性。直到爱因斯坦建立了他的相对论,他得出了一个重要的结论:光速是我们宇宙中有效信息传输的最快速度。
关于“重力超过光速”的错觉有三个实验:
水滴实验:设计一个长度为30万公里(约为光速的1秒)的超细玻璃管,并注入液态水。此时,从一端注入适量的水,另一端将立即溢出。这种力的传播速度比光速快,因为水滴会在瞬间“挤压”另一端的水滴。
钢球实验:建造一个300,000公里长的充满钢球的空心管。此时,只需要在一端再插入一个钢球,另一端就会立即脱落推力在瞬间起作用,所以力的速度超过光速。
断电实验:建立电源控制系统。电源和灯之间的电线有30万公里长。当按下开关时,灯瞬间熄灭,因此力的传播速度超过光速。超过
三个实验在现实中是不可能实现的,毕竟在光年的尺度上,人和地球都是极其微小的正是因为实验无法进行,想象中的人认为力在瞬间起作用,所以宇宙中没有速度上限。只要物体之间建立了能量联系,它们就能同时感知彼此的变化,没有速度和时间。
然而,上述假设实际上是一种将经典力学与量子力学相混合的谬论。
就像牛顿运动定律一样,可以说在解释低速宏观现象时是绝对正确的。一旦进入光速大小的运动,相对论就必须加以考虑。事实上,牛顿运动定律是相对论低速时的近似。
众所周知,宇宙中有四种基本力——强、弱、电磁和万有引力其中,水滴实验和钢球实验所涉及的接触力实质上是电磁力,当然也可能涉及微观粒子之间的弱力和强力。
所有物体,包括水滴和钢球,都是由基本粒子组成的。它们的结构由粒子间的相互作用力决定。当物体的形状在表面受力后发生变化(弹性变化)时,微观结构也会发生变化,颗粒之间的电磁相互作用力也会受到干扰。
电磁力在微观粒子之间传递,在宏观层面的最终结果是挤出另一端的水滴或钢球。
“力”和“波”之间有一种特殊的关系。电磁力的传播需要电磁场的帮助。本质上,电磁波测量它的传播速度。这两件事是一样的,但它们是从不同的角度来看的。
早在1865年,麦克斯韦创立了经典电磁理论,预言了电磁波的存在,并通过麦克斯韦方程计算出电磁波的传播速度是光速
解释说,事实在这里很清楚,电磁力的传输速度=电磁波速度=光速C(在真空中)水滴不会瞬间将另一端的水滴挤出管外,而是以光速传播电磁力,宏观现象只有经过一段时间才能实现。
值得一提的是,由于液体表面张力的影响,水滴实验明显延迟,不能瞬间完成。我们都知道一个装满水的杯子如果装得太多就不会溢出来。因此,水滴实验纯属无稽之谈。
至于钢球实验,它非常神秘,因为钢球更接近刚体。所谓刚体是一种不发生任何变形的物体,内部点的相对位置在运动过程中和受力后保持不变,即所有微观粒子都牢固地固定在一起,没有任何结构变化。因为
刚体不能产生变形,它对力的响应是瞬时的,不需要传播时间。然而,刚体毕竟是一个理想的模型,事实上并不存在,就像三个物体中的“水滴”,绝对零度,绝对法则,不可摧毁。如果
推动一个绝对刚体300,000公里,另一端将跟随瞬时运动。有些人认为它可以超过光速。事实上,在这个时候,力传递的速度不再被提及,因为整个刚体可以被视为一个个体,并且人们希望通过刚体来实现超光速传递,除非刚体本身的运动速度超过光速,这当然目前只能想象
关于导电的错误观点。在没有电的状态下,导体中的自由电荷不是静止的,而是做不规则的热运动,不形成电流。
当电压施加到金属导体的两端时,电磁场将在导体中迅速建立,导体中的自由电子将立即开始定向移动,从而形成电流,其中传导速度也是电磁波的传输速度——光速
虽然电子在金属导体中的定向运动速度只有0.75毫米/秒,但比蜗牛爬行的速度要慢。然而,这并不等同于导电速度,因为只要电子定向运动,就能产生电流,而不是依靠单个电子在导体中“走完全程”。
,因此,城市中的大规模停电是由作为圆圈中心的发电厂引起的,并且停电是以光速传播的。此外,在某些地区可能存在延迟,因为线路中的电容器或蓄电装置可能会短时间放电,从而延迟停电。
最后,关于重力的传播速度,广义相对论认为重力不是真正意义上的力,而是质量弯曲时空后产生的几何效应,其在空间的传播速度就是光速
2015年,引力波激光干涉天文台(LIGO)探测到13亿光年外的两个黑洞相撞并释放出引力波碰撞非常激烈。引力波在到达地球之前在太空中传播了13亿年。这一事件首次直接证实了爱因斯坦对引力波的预测,这也是广义相对论最重要的预测之一。