愛因斯坦相對論對光速和時間的定義,為何你無論如何達不到光速?

2021-02-15 宇宙探索

(加微信:yzts111111,拉你進微信群,一起探索宇宙奧秘)

20世紀初,愛因斯坦的才華認識到,如果不管從何處測量光速都一樣,那麼其他東西就要有變化,他得出結論就是,改變的正是時間,時間不是恆量,它會隨著你移動速度的變化而變化,你移動的越快,時間就越慢。

愛因斯坦對宇宙的新觀點在當時非常激進,很難理解,但經過多年無數次實驗證明了他的理論的正確性,那些理論對現實世界有重大的影響,GPS,也就是全球定位系統就是一個最直接的例子。

GPS利用時速14000公裡的軌道衛星網絡來進行全球的精確定位,要確保精確性,保證衛星的時間和地面接收者的時間同步至關重要。但相對於地面接收者來說衛星速度太快,導致衛星的時間每天會慢7微妙(百萬分子一秒)。如果我們不利用愛因斯坦的理論考慮到這一點,我們GPS系統的精確性每天將偏差超過2公裡。

不過愛因斯坦沒有止步於此,他推論不僅光速是恆定的,而且光速也是宇宙中最快的速度,沒有什麼比光速還快,那是因為質量和能量的關係。愛因斯坦說質量和能量是同一枚硬幣的兩面,這意味著如果一個物體的能量增加,質量也會增加。至關重要的是,增加物體的速度就必須增加它的能量,速度越快,物體的質量就相對越大。理論上,當物體的速度達到光速,它的質量將會變得無窮大,這需要無窮大的能量才能做到,但不管如何努力,沒有誰可以擁有無窮大的能量,這就是任何物體都不能達到光速的原因。

愛因斯坦徹底改變了我們的世界觀,他得出結論,光速是恆定的,這種恆定不是說光速是30萬公裡每秒,而是光相對於任何參照系都是這個速度,比如靜止的你看飛速行駛的火車發出的光的速度並不是光速+火車速度,而仍舊是光速本身(30萬公裡),而且任何有質量的物體的速度都不可能超過光速,這些定義是如今我們理解宇宙的核心觀點。

相對論和量子力學是現代物理學大廈的兩大基石,這裡向大家推薦兩本科普書籍:《狹義與廣義相對論淺說》(彩圖珍藏版)和《從零開始讀懂量子力學》,北京大學出版社出版,深入淺出地詮釋了相對論和量子力學的前世今生,通俗易懂。需要的夥伴可以點擊下方連結購買:

相關焦點

  • 光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論
    (一)靜質量不為0的物質達不到光速,所以飛船達不到光速。(推導)(二)高速飛行的飛船相對時間會變慢。(理論與推導)(三)假如飛船可以達到光速,時間的確可以相對靜止。(理論與推導)為什麼飛船達不到光速?所以如果一個物體的靜質量不為零,你就永遠不可能把它加速到光速。當飛船高速飛行時如果一艘飛船接近光速,地面上的人可以觀察到飛船內的時鐘,會走得比地面上的慢,這就是狹義相對論的鐘慢效應。
  • 真空中光速最快?目前已知三種超光速存在,愛因斯坦錯了嗎?
    而愛因斯坦對這個結論做了更深層次的說明,不僅僅是力學規律保持不變應該是所有的物理學規律都保持不變。愛因斯坦按照自己的這個物理規律不變原理,從而推出真空中光速恆定不變。大家可不要小看上邊這兩個推論,它們其實是狹義相對論的前提。愛因斯坦的狹義相對論對於光速有著非常準確的定義,並非是我們簡單理解的「宇宙中光速最快」,因為這個結論是錯誤的啊!
  • 人類為何無法研製出光速飛船?愛因斯坦早已給出答案
    引言:人類為何至今都無法看清宇宙全貌?速度是最大限制,即便以光速前進,探索全宇宙仍十分困難。可是,更殘酷的是,愛因斯坦早已言明速度規則,人類難以等光速或超光速運動,人類該怎麼辦?至於與地球相鄰的金星和火星,它們都是地球的鄰居,它們與地球相距不到0.00002光年,就連太陽,它與地球的平均距離也僅是0.0000158光年。所以說,與宇宙中其他星體相比,地球與另外七大行星間的距離或是與太陽間的距離都很短,能夠登陸近地星體並不代表能夠探索系外星體。要知道,與地球相距幾光年、幾十光年甚至幾百光年的星體比比皆是。
  • 為何光速是這個取值?
    愛因斯坦的狹義相對論指出,光速約為每秒3億米。 我們都知道光速是每秒299792458米,但光速為何偏偏是這個值、而不是其它數字呢?我們為何又對這種電磁波的速度如此關注?為何光速會成為物理學的重要基石?
  • 如果飛船能不停加速,為何不能達到光速?相對論效應你用對了嗎?
    如果飛船能一直加速,為何不能達到光速?這個問題在牛頓的時代其實是可以的,飛船如果能一直加速,就能達到甚至超過光速。不過牛頓的時代已成過去式,現在是愛因斯坦的時代了,在愛因斯坦的時代裡,不停加速就是另一個故事了。理論的前奏事情要從19世紀說起。
  • 愛因斯坦是怎麼知道光速無法超越?達到光速時,時間就會靜止
    達到光速時,時間就會靜止 愛因斯坦提出的狹義相對論向人類陳述了一個事實,他告訴我們,光速是這個宇宙中最快的速度,是僅能接近、無法超越的速度,值得注意的是,該理論是人們認識宇宙的基礎,也是科學家們普遍認同的理論,愛因斯坦的思想還表明,宇宙中的一切事物均以一個固定的速度在時空中運動,該速度名為光速,或許你會感到這種觀念十分怪異,實際上這也是人類在日常生活中無法觀側到相對論效應的原因
  • 相對論:達到光速時間就靜止,假如光速飛行,人能長生不老嗎?
    愛因斯坦的相對路為人類認識世界打開了一扇新的窗戶,人類從牛頓的經典力學的絕對時空觀進入到了相對論時空觀的時代,在時空這個度規裡,我們再也回不到溫暖的、經典的世界!達到光速,時間就靜止,到底是什麼意思?其實相對論中並沒有達到光速時間就靜止的理論,它只是狹義相對論中的一個推論!
  • 相對論:達到光速時間就靜止,假如光速飛行,人能長生不老嗎?
    愛因斯坦的相對路為人類認識世界打開了一扇新的窗戶,人類從牛頓的經典力學的絕對時空觀進入到了相對論時空觀的時代,在時空這個度規裡,我們再也回不到溫暖的、經典的世界!
  • 為何在「相對論」中,物體的運動速度,無法超過光速?
    何在「相對論」中,物體的運動速度,無法超過光速?要說愛因斯坦提出的「相對論」,那可以說是20世紀物理學界最偉大的發現了(沒有之一)。相對論的提出,完全改變了人們在「經典物理學」中,對時間空間,對世間萬物的認知。
  • 相對論小爭議:光速恆定是參考了別人的結論還是小愛自己的推論?
    如果超越光速,趕上這個電磁場的振蕩波,接著在波的旁邊以光速c運動,你會發現旁邊的電磁場在空間的兩側會振蕩但是沒有前進,處於靜止狀態。在麥克斯韋方程組中,並不存在這種事情:振蕩的電磁波始終以光速c運動。我們現在已知的各種情況都支持麥克斯韋的電磁理論,它應該是正確的。而如果它正確,愛因斯坦想像中以光速運動的情形就不可能發生:我們永遠也達不到光速。
  • 光速下時間會停止,是不是坐在光速飛船裡的人就不會老了?
    狹義相對論相對論是德國+瑞士(雙國籍)物理學家愛因斯坦在1905年首先提出的,當然,當時並不叫相對論,他那一年剛剛哲學(即我們的物理學)博士畢業,發表了包括博士論文在內的五篇重要論文,其中一篇《論運動物體的電動力學》提出時間和空間是具有相對性的,以此來解釋麥克斯韋方程組中導出的一個結論
  • 相對論:光速不可超越,宇宙膨脹又可超光速,愛因斯坦自己打臉?
    愛因斯坦在1905年發表的《論動體的電動力學》中提出了狹義相對論,而狹義相對論的前提就是兩條基本假設:光速不變原理:光在真空中的速度c是一個常數,與光源的運動狀態無關。另一個可能則是速度疊加效應,無論兩個如何相對運動,它們之間的最大速度就是光速,光速始終是一個屏障,它無法被超越。大家認識了愛因斯坦的相對論,才了解了光速不可超越,但光速不可超越,並不是愛因斯坦的首先認識到的。
  • 相對論:光速不可超越,宇宙膨脹又可超光速,愛因斯坦自己打臉?
    愛因斯坦在1905年發表的《論動體的電動力學》中提出了狹義相對論,而狹義相對論的前提就是兩條基本假設:光速不變原理:光在真空中的速度c是一個常數,與光源的運動狀態無關。大家認識了愛因斯坦的相對論,才了解了光速不可超越,但光速不可超越,並不是愛因斯坦的首先認識到的。
  • 如時間和距離都非恆定,光速為何恆定?光速可變理論有沒有前途?
    我們知道,在物理學上有很多常數,根據定義,常數就是指那些永不變化的數,它們包括了物理學定律中的一些最基本的參數,如電子的電荷等。最著名的、最眾所周知的常數應當是光速,真空中的光速為c=299792458米/秒,這是一個國際公認值。
  • 為什麼愛因斯坦狹義相對論中的光速不能被超越?
    在宇宙中,物體(能傳遞信息)最快的速度是光速,而且物體速度在光速的情況下,會發生很多神奇的事情,比如物體的速度達到光速,時間就會停止,按照狹義相對論的說法,任何有質量的物體都無法達到光速,只能逼近光速,更是不可能超光速。那麼速度的上限就是光速了嗎?
  • 有人根據相對論,說速度超過光速,時間就會倒流,這理論靠譜嗎?
    相對論有光速限制原理,怎麼會允許速度超過光速?更別說時間會倒流,相對論裡沒有這個理論。是有人對相對論做了引申,擴大了它的適用範圍。追上光會發生什麼?這一點連愛因斯坦也想知道。狹義相對論的「光速不變原理」你可以這樣來理解:就是不管你速度(相對於某一靜止參考系)有多大,甚至大於30萬公裡/秒了,光對於你來說仍然是光速,你永遠追不上光。當然你是達不到30萬的,這只是打個比方。光是和時空有關聯的東西,這麼說吧,你追不上光,時間就不會倒流;
  • 光速到底有多快?-光速,愛因斯坦,物理, ——快科技(驅動之家旗下...
    1905年,26歲的阿爾伯特·愛因斯坦提出狹義相對論,永遠地改變了整個物理學。這個理論描繪了時間和空間的關係,它的成立建立在兩個最基本的假定上:同一套物理法則適用於所有的非加速觀測者;真空中的光的速度永遠不變。
  • 每秒299792458米 為何光速是這個取值?
    北京時間7月27日消息,據國外媒體報導,我們都知道光速是每秒299792458米,但光速為何偏偏是這個值、而不是其它數字呢?我們為何又對這種電磁波的速度如此關注?為何光速會成為物理學的重要基石?這都是因為,光速其實頗為古怪。
  • 相對論說光速不能超越,那麼量子糾纏和引力波超光速了嗎?
    量子糾纏的影響是瞬時的,引力波的傳遞速度是光速。相對論描述了在我們宇宙中,有效信息的傳遞速度最快為光速;從愛因斯坦的引力場方程,也可以得到引力波的傳遞速度為光速,這點已被天文觀測所證明。比如在2017年10月16日,人類觀察到的雙中子星合併事件,就距離地球1.3億光年,電磁波和引力波幾乎同時到達地球,證明了引力波的傳遞速度為光速。
  • 達到光速時間靜止,那光速飛行,能長生不老嗎?
    達到光速,時間就會靜止,超過光速,時間會快退。值得注意的是,這是相較於仍然位於地球上的我們而言。那麼,對於光速飛行的人來說又是怎樣的光景?他們真的可以長生不老嗎?事實上,自愛因斯坦提出相對論後,科學界就發生了一場罕見的大地震,它改變了科學界內的很多認知,例如光速不變原理、黑洞、引力波等。另外,還打破了之前經典的時空觀,提出了物理學新時空觀。