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为什么运动物体永远无法超过光速? #科技 #天文 #物理 #光速不变 #爱因斯坦为什么任何物体永远无法被加速到光速?我们常听解释说:动能会趋向无限大、质量会趋向无限大,因此需要无限能量。但这些并不能真正让人“直觉理解”。真正的原因,来自一个最基本的事实:光速在所有参考系中都保持恒定。从这个简单的前提,整个相对论的推理自然展开。 爱因斯坦提出一个最关键的工具:光子钟。想象一个在飞船中的时钟,由光在两面镜子之间反射来计时。当飞船高速运动时,外部观察者看到光子不再是上下反射,而是走斜线,因为镜子在移动。尽管光速不变,但路径变长了,因此一次“滴答”需要更久——这意味着运动中的时钟变慢了。 这不是假设的效果,而是真实的物理过程。加速在物质中传播,需要靠光速传递的相互作用。当物体运动得更快,这些相互作用——电磁力、弱力等——必须走更长的路径,因此过程真正变慢。我们测试过原子钟、测试过高能粒子μ子的半衰期,都验证了时间膨胀确实存在。高速运动的μ子寿命延长近十倍,就是因为它们的内部过程被“拖慢”。 既然所有物理过程都会因速度而变慢,加速度的传递当然也会变慢。飞船内部尽管感觉正常,但外部观察者会看到飞船每增加一点速度所需的时间越来越长:从两秒、七秒,到成千上万年。原因很简单:加速度要靠粒子间的相互作用传递,而这些相互作用的传播路径因高速运动变得极长,过程近乎冻结。 因此,要想在有限时间内继续加速,你必须不断增加力量,补偿越来越强烈的时间膨胀。结果就是:要想在有限时间内达到光速,需要无限能量。 所以,物体不能被加速到光速,不是因为“宇宙不允许”,而是因为时间本身在告诉你:所有过程都变得无限缓慢。无限时间、或无限能量,你只能选一个。而这全部源自一个简单事实:光速永远恒定。
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