Sunday, May 11, 2014

sr01 质能方程 动能E_K=mc^2/\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}-mc^2, 当速度趋于光速时,物体的动能趋于无穷,而这些能量是要由外界的加速力量来提供的,因此如果物体有非零的质量m,我们就没有办法将其加速到光速以上

首先,光速是不随参考系变化而改变的,换句话说,不管你怎么运动,光相对于你的速度都是c。这一结论对初学者来说,往往是十分“反直觉”的,但它也正是相对论全部反直觉效应的基础。

那么这是为什么呢?

对这个问题的最直接和可靠的答案,并不涉及任何繁复高深的理论推理,反而十分简单:

这是一个实验事实。迈克耳孙


为了解释这个实验事实,洛伦兹最早提出了洛伦兹变换,这一变换联系了不同观察者的时间和空间标度,同时保持光速c始终不变。

而后爱因斯坦更加彻底地发展了这一套现在被称为“相对论”的理论。爱因斯坦对光速不变的理解更加玄妙。简单说,他意识到光实际上是电磁波,而电磁波的波速是可以由电磁学理论推导出来的。爱因斯坦认为电磁学理论对任何观察者都有效,于是电磁波的波速,亦即光速,也就对任何观察者都是一样的。

另外,排名第一的答案是不是有点太无趣了?

子曰,见贤思齐焉,见不贤而内自省也。——《论语·里仁》

但现在知乎却有另一种风气:见贤膜拜焉,见不贤而笑呵呵也。这种风气,恐怕不适合对学术尚抱有理想的人。

上面的回答有些偏题,没有讲清为什么光速不能超越,谢谢 @令狐冲提醒。
========================光速为何不能被超越?==============================

我们可以从两个角度来看,第一个是质能方程

动能E_K=mc^2/\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}-mc^2, 当速度趋于光速时,物体的动能趋于无穷,而这些能量是要由外界的加速力量来提供的,因此如果物体有非零的质量m,我们就没有办法将其加速到光速以上。

第二个角度相对更加“本质”,那就是因果律。通过洛伦兹变换容易证明,当两个观察者的相对速度超过光速时,两个观察者对事件发生的先后顺序是不一致的。因此为了保证因果律的成立,光速就是不能超越的。关于这一点,可以参考任何一本相对论教材。

然而归根结底,光速无法超越和光速不变一样,都是实验事实。如果有一天实验证伪了这两条法则,那么我们也只能欣然接受。

No comments:

Post a Comment