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在一光年長(zhǎng)的密封水管中,從一頭擠壓,另一頭能瞬間得到壓力嗎?

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假如有個(gè)密封管子有一光年長(zhǎng),里面都是水,沒有空氣,從一頭擠壓,另一頭會(huì)瞬間得到壓?jiǎn)幔?/p>

像這一類的問題已經(jīng)回答過很多,什么一個(gè)30萬(wàn)公里直徑的圓盤,一秒鐘轉(zhuǎn)一圈就超光速了;一根一光年長(zhǎng)鋼管中裝滿滾珠,這邊撞一下那邊滾珠就會(huì)掉下;一光年的棍子捅一下那頭就會(huì)動(dòng),這個(gè)速度就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光速了;在飛機(jī)上朝前丟一個(gè)蘋果就超光速了;汽車、火車、飛機(jī)上往前射的燈光都超光速了,兩束對(duì)射著靠近的光疊加就超過光速了等等。

這個(gè)題目更奇葩,隨著這個(gè)想法,把一光年長(zhǎng)的密封管子裝滿水,用小孩子打水仗的唧筒活塞往這頭一擠,另一頭就會(huì)瞬間得到壓力,射出水來,如果那頭有一顆星球,就可以在地球上輸水過去澆菜啦。這么一擠要多久?1秒都不要吧,這個(gè)速度比光速大多少?

想得很美妙,現(xiàn)實(shí)很殘酷。其實(shí)提出這種問題的朋友,既不了解光速,也不了解各種力的傳遞速度,比如聲波、機(jī)械波、引力波等等,他們完全忽略了要做到能量信息傳遞,需要什么樣的媒介,就憑空瞎想,以為就可以改寫光速極限理論,創(chuàng)造一個(gè)非凡的理論了。

科學(xué)家經(jīng)歷幾百年的觀察發(fā)現(xiàn)和論證,已經(jīng)證明了沒有任何有靜止質(zhì)量的物體能夠達(dá)到光速,一個(gè)質(zhì)子也不行。狹義相對(duì)論認(rèn)為,如果有靜止質(zhì)量的物體達(dá)到了光速,就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)能質(zhì)量的無(wú)窮大。無(wú)窮大是什么?就是整個(gè)宇宙動(dòng)能也不是無(wú)窮的,一個(gè)粒子的質(zhì)量就超過了宇宙,這本身就是一個(gè)悖論。

其實(shí)光速常量每秒約30萬(wàn)千米,也是指真空中的傳遞速度,而在不同的介質(zhì)中,傳播速度不同。比如在冰中只為23萬(wàn)km/s,水中為22.5萬(wàn)km/s(千米/秒),酒精中為22萬(wàn)km/s,玻璃中為20萬(wàn)km/s。真空光速才是宇宙中最高速度,而且根據(jù)洛倫茲變換不能疊加。

這就是光速基本的性質(zhì),所以它會(huì)成為宇宙規(guī)律的一個(gè)常量,這個(gè)常量與質(zhì)量、能量有著密切的關(guān)系,愛因斯坦由此發(fā)現(xiàn)了偉大的質(zhì)能方程,即:E=mc^2。

這些理論都有嚴(yán)格的數(shù)理邏輯論證,也經(jīng)歷了百年檢驗(yàn)。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)里科學(xué)家把一個(gè)粒子加速到光速的99.9999%,物質(zhì)運(yùn)動(dòng)隨著無(wú)限接近光速,動(dòng)能質(zhì)量呈數(shù)量級(jí)上升,精確地驗(yàn)證了質(zhì)增效應(yīng)和質(zhì)能關(guān)系。但不管使用多大能量,都無(wú)法讓一個(gè)質(zhì)子或電子達(dá)到光速。

電磁波本身就具有光的性質(zhì),就是可見光和不可見光的表現(xiàn)形式;引力波也是一種沒有靜止質(zhì)量的引力子在傳播,是質(zhì)量攝動(dòng)導(dǎo)致的時(shí)空漣漪。

水的壓力波傳輸速度是也是能量信息的傳遞,原理是介質(zhì)中的原子分子間隙的壓縮力和振動(dòng)力的傳遞,因此是一種機(jī)械波傳遞。聲波也是機(jī)械波,因此機(jī)械波的傳遞速度就是聲波的傳遞速度,聲波在空氣中傳遞速度約340m/s,在水中約為1500m/s。

這樣,從一個(gè)密封管子一頭擠壓,其壓力要傳到另一頭傳遞速度就是約1500m/s。1光年長(zhǎng)度的管子約為9.46萬(wàn)億千米,水壓傳遞每年可以傳遞約4734萬(wàn)千米,壓力從這頭到那頭約需行走20萬(wàn)年。

因此一光年長(zhǎng)管另一頭如果有人在等著這個(gè)壓力傳遞過去的話,要等20萬(wàn)年。不過水壓在長(zhǎng)距離傳輸過程,經(jīng)過與管壁、水分子吸收等衰減,不要說1光年尺度,就是光秒也不可能傳遞過去。而且根據(jù)萬(wàn)有引力原理,這個(gè)世界上不可能存在一根1光年長(zhǎng)的管道,因?yàn)橹亓?huì)把達(dá)到一定質(zhì)量的物體收縮成一個(gè)球形。

其實(shí)如果這根密封的管子是鋼管,在這頭敲一下,理論上傳到1光年以外的時(shí)間會(huì)比水壓快多了,因?yàn)殇摴艿臋C(jī)械波傳遞速度約5000m/s,是水壓傳遞速度的3倍多。不過同樣也會(huì)受到能量衰減問題,傳不了多遠(yuǎn)就泥牛入海悄無(wú)聲息了,在1光年的那頭,永遠(yuǎn)也無(wú)法感受到。

關(guān)于幻想著超光速的問題,已經(jīng)回答過太多稀奇古怪的臆想了,如果這樣簡(jiǎn)單地拍腦袋就可以否定相對(duì)論,那現(xiàn)在的愛因斯坦就多如牛毛了,反證我不愿做這牛毛中的一根,你愿意嗎?感謝閱讀,歡迎討論。

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