中微子的速度非常接近光速,為何質量沒有趨於無窮大?

2020-12-03 刁博

日常生活中,一個物體不論是靜止還是在運動,一般不會考慮其質量的變化。在牛頓力學中,物體的質量與物體的運動狀態沒有關係。1905年愛因斯坦給出狹義相對論後,人們才認識到物體的質量會隨速度的增大而增大,並且當速度趨近於光速時,物體的質量會趨於無窮大。

狹義相對論的質量速度關係早已得到了無數次實驗的檢驗。同步回旋加速器、大型強子對撞機的建造就與狹義相對論有著密切的關係,粒子在加速器中被加速後質量、周期等都會跟著發生變化,加速粒子用到的電場也就需要按照相對論同步發生變化。並且當粒子的速度達到一定程度後,繼續對粒子進行加速,顯著增加的已經不是粒子的速度而是質量或能量。加速器中粒子的速度只能無限趨近於光速,而不能達到光速。這些都是在狹義相對論的框架內。

光子卻能夠以光速運動,若要如此只能讓光子的靜止質量為零,這樣以光速運動的光子質量就不會趨於無窮大。

宇宙中廣泛存在著中微子,這是讓物理學家投入大量心血的粒子,至今關於中微子的很多研究仍然是粒子物理學的前沿。最早的時候是從衰變過程中發現能量「丟失」了一部分,大物理學家泡利因此預言存在一種質量為零的電中性粒子中微子,丟失的能量就是被中微子偷走的。後來果然在實驗中發現了這種粒子。

中微子被發現之後的很長一段時間內,科學家們曾認為其質量也是為零,其速度也被認為是等於光速。後來三種中微子的振蕩陸續被發現,中微子有振蕩,這就意味著中微子的靜止質量不為零。測量到的中微子的速度儘管非常接近光速,但既然有質量,中微子的運動速度也就不會是光速,只能比光速稍稍小一些。

速度非常接近光速的中微子,為何其質量沒有趨於無窮大呢?原因還是在於中微子的質量實在是太小太小了,小到即使它的速度接近了光速,按照相對論質量速度關係式計算出來的質量也要比其他粒子的質量小很多數量級。

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  • 超新星爆炸釋放中微子和光子,為何中微子比光速快3小時到地球?
    ,世界上沒有任何一種速度比光速還快,並且他還提出了一種理論證明光速不可達到和超越,這種理論就是著名的質能方程式E=mc^2(其中E代表能量;m代表質量;c代表光速),從這條公式我們可以看出,一個物體的速度(c)越快,質量(m)越大,那麼這個物體所需要的加速力(也就是能量E提供的動力)也就越大,當速度(c)達到光速的時候,質量(m)將會達到無窮大,整個宇宙就沒有這麼大的能量(E)可以給這個物體提供加速度了
  • 為什麼物體接近於光速運動時,質量就接近於無窮大?
    對於牛頓力學而言,物體的質量是個不變量,不論物體身處怎樣的運動狀態(只要不解體之類的就行),質量都不會變化,但這一點在相對論中不成立。狹義相對論中有動質量一說,我們暫且認為這一概念是合理的(為什麼說這句話呢,實際上動質量只是相對論初期的提法,後來隨著相對論的發展,人們發現動質量的存在實屬多餘),而動質量與物體的速度相關聯,具體公式如下:其中c代表光速,v是物體速度,m0是物體的靜止質量,我們發現隨著物體速度的增加,動質量會變得越來越大(如果速度為零,則動質量就是靜止質量
  • 相對論說物體接近光速時,質量會變得無窮大?
    最近一位網友提出一個問題,那就是根據狹義相對論,質量這個物理量會隨著參考系的變化而變化,也就是質量並非一成不變,當物體接近光速時,質量會變得無窮大,那麼豈不是這個運動物體就變成了一個黑洞,那麼萬物都被吸入黑洞,不就都毀滅了嗎?今天我就來談談這個問題。
  • 任何物體如達到光速,質量會變得無窮大,光子質量為什麼不是呢?
    質量效應公式(其中m0為靜質量,Ⅴ為物體運動速度,C為光速)當V達到光速C時,m就會無窮大。而光子的靜質量為0,這樣質量公式就變成了0/0型,它的極限值就是所謂光子的動質量,數值非常小,但不是無窮小。其大小可以由mC=hν,即m=hν/C得出。其中h為普朗克常數,ν為光波的頻率,C為光速。由此可見只有靜質量為0的物質,達到光速時質量才有可能不變為無窮大。
  • 宇宙中有沒有比光速更快的速度?
    「宇宙中有沒有比光速更快的速度?」,其實光速也分很多種,我們可以分為真空下的光速,和在介質中的光速。宇宙中確實存在一些遠超真空光速的存在,同時也存在,同樣是在介質中,但要比光速快的情況,我們先說第一種,在說第二種。
  • 物質不能達到光速不是因為質量達到無窮大
    《相對論》認為:速度越快,質量越大,當速度越來越接近光速,質量會達到無窮大,所以物質永遠不會達到光速。不錯,宇宙從來沒發現無窮大質量的物質,粒子加速器也只能把電子速度加速到0.999999999倍光速,一切都與《相對論》預言的一樣,真的是這樣嗎?電子加速的原理是依靠電磁效應來加速電子的,如果速度越來越接光速,電子產生的內部磁場越來越接近零,電子是不是同樣不能再被加速?
  • 宇宙中的物質為什麼不能超光速?超光速質量為什麼會無窮大?
    一,宇宙裡的物質不能超越光速及其原因宇宙裡的物質不能超越光速,甚至連光速也達不到。因為達到光速時會使物質質量變得無窮大。相對論的質量效應公式表示的很清楚:也就是說任何靜質量不為0的物質是很難達到光速的,因為如果達到光速,它的質量會變得無窮大,需要無窮的能量來推動。如果宇宙是有限的,整個宇宙的能量都不夠,因而這是不可能的。反過來講,正是因為光沒有靜質量,才能達到最高速。二,那為什麼達到光速,質量會變得無窮大?上面是從狹義相對論的結論公式上分析的,從原理上分析的原因又是什麼呢?那是因為光速不變原理和時空相對性原理的結合。
  • 為什麼光速是速度的上限?
    如果從經典物理學的角度來看,只要給一直給太空中的飛行器一個大於零的合力,由於飛船的質量保持不變,其加速度大小恆大於零:在這種情況下,飛行器的速度就會變得越來越快,並且最終遲早會超過光速,達到遠遠快於光速的地步。
  • 為什麼沒有任何飛行器的速度能夠超過光速?
    那為什麼宇宙中光速最快?一,首先是因為光子的靜質量為零。其中m0是靜質量,Ⅴ是物體運動速度,C是光速,從這個式子可以看出,如果靜質量不為零,那麼物體運動速度越接近光速,分母越趨向於零,物體質量會趨向於無窮大。要想達到光速所需的能量趨向於無窮,這是不可能的。因此任何靜質量不為零的物體運動速度是不會達到光速的,超過光速更不可能。任何飛行器都是有靜質量的,所以它們也絕不可能超光速飛行。
  • 豎起大拇指,每秒就有600多億顆中微子,接近於光速從指尖穿過
    因為這取決於中微子自身的屬性,我們知道宇宙中有四大基本相互作用,而中微子只參與兩種,分別為:弱相互作用、引力相互作用,其中引力相互作用幾乎是所有物體都會參與的,因此我們可以忽略,而剩下的弱相互作用,其反應截面非常小,形象點說中微子即便在原子內部(甚至原子核內部)穿行,也幾乎不會被捕獲(所以科學家們捕獲中微子都需要一個極為龐大的儀器)。
  • 光速並不是宇宙中最快的速度,而這些東西都超越了光速
    我們都知道光的速度是非常快,那麼在如此浩瀚的宇宙當中有沒有一種速度可以超越光速?超越光速原理(光速是指光在真空中傳播的速度為299792458m/s)愛因斯坦曾經在狹義相對論中提出過,靜止狀態下存在質量的任何物體,若是以接近光速運行的話,其物體的質量會隨著速度的增加而增加。
  • 幽靈般的中微子:我們越來越接近了解它的質量
    圖為卡爾斯魯厄研究中心新浪科技訊 北京時間10月30日消息,據國外媒體報導,在宇宙中所有的已知粒子中,只有光子的數量超過中微子,然而,儘管中微子數量眾多,但由於它們與物質的相互作用非常微弱,因此很難捕捉並進行檢測,每秒鐘大約有1000萬億個幽靈般的中微子穿過你的身體,但它們甚至都不會與一個原子發生接觸。
  • 同樣是超新星釋放出中微子和光子,為何中微子比光速還快3小時?
    如果我們把SN1987A按照半徑10^3米來處理,那這顆脈衝星赤道在自轉時的線速度就可以達到1.2*10^8m/s,光速是3*10^8m/s,也就是說,整個線速度已經非常接近光速了。如果有人可以活在站在SN1987A的赤道上,不考慮引力作用,那感覺一定很刺激。
  • 光速限制為什麼對量子糾纏和宇宙膨脹速度無效?
    要回答這個問題,首先要理解光速的定義,以及光速限制的背景和條件,就能明白為何光速限制對量子糾纏、類星體和宇宙膨脹速度無效了。光速限制的條件光速是指光波或電磁波在真空或介質中的傳播速度。真空中的光速是目前所發現的自然界物體運動的最大速度。物體的質量將隨著速度的增大而增大,當物體的速度接近光速時,它的質量將趨於無窮大,所以有質量的物體達到光速是不可能的。只有靜止質量為零的光子,才始終以光速運動著。
  • 量子糾纏速度比光速快萬倍違反了相對論嗎?
    常有人拿量子糾纏速度說事,隔段時間還要弄出一個某科學家已經證實量子糾纏速度超過光速萬倍云云,其實這都是扯淡,是對量子糾纏完全不知道咋回事的炒作,是認識的一個誤區。量子糾纏沒有速度,是一種現象和微觀世界粒子的固有特性。
  • 中微子之謎:它總是以光速行進嗎?
    中微子探測器中微子總是以光速行進嗎?中微子具有質量,因此沒有理由它們不能以慢於光速的任何速度行駛。任何有質量的東西都可以慢於光速的任何速度傳播。,它們與光速沒有區別中微子和反中微子都有三種不同的風味:電子、μ子和τ子所觀察到的每一個中微子都是左旋的,而每個反中微子都是右旋的中微子和反中微子通過物質時會從一種振蕩類型轉變為另一種類型,即改變其風味儘管中微子和反中微子似乎以光速運動,但它們必須具有非零的靜止質量,否則這種「中微子振蕩」現象將是不可能的。
  • 是不是把一個原子加速到光速其質量就會變得無窮大?
    (1)光速極限是怎麼來的最早提出光速是運動極限的是愛因斯坦,他在狹義相對論裡首先提出了真空光速不變這一個特性,在狹義相對論中給出了質速變化的公式。從公式的表達我們可以看出,任何有質量的物體在速度接近光速之後,質量都會變成無窮大。原子當然也不例外,所以,原子的速度在理論上,只能無限接近真空光速,而永遠不能到達。
  • 中國可能在短期內製造出光速飛碟從而領先世界嗎?答案其實很簡單
    愛因斯坦根據用洛倫茲變換推導出的新的速度合成公式,兩個物體的合成速度不可能無限增大,而是會隨著接近光速而遞減,那麼為了滿足動量守恆m 0 v 0 = m 1 v 1 + m 2 v 2。質量 m 的數值就必須增大。愛因斯坦很快通過利用洛倫茲變換和動量守恆定律得到了質量與速度的關係式,通常我們也把它叫作質速關係,就是說明質量和速度的關係。這個公式中 m0 表示物體相對靜止時的質量,m 表示物體以速度 v 運動後的質量。一看到 m0 旁邊有我們的老朋友 γ,你一定能馬上反應過來,這就是說物體的運動速度越快,質量就越大。
  • 我們不僅無法達到光速,甚至不能無限接近它,是什麼阻礙了我們?
    任何有質量的物體都無法達到光速,而像光子一樣沒有質量的物體則只能以光速運動。光速作為宇宙間速度的極限,它還有著另外一個超越理解的特性,那就是恆定不變。我們都知道,在測量一個物體的相對運動速度時,由於參考系的不同,測量得出的相對速度也是不同的。
  • 一根針以光速打擊地球,是一穿而過還是摧毀地球?
    這個世界上沒有能夠達到光速的物質。當然,這個物質必須有靜質量,哪怕是一點點非常非常微弱的靜質量也不行。光子沒有靜質量,因此以光速運動;中微子是迄今人類認為最小的物質,可能存在弱小的靜質量,因此只能無限接近光速,而無法達到。