為什麼物體接近於光速運動時,質量就接近於無窮大?

2020-12-05 科學探索家

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),如果當速度接近光速時,動質量會趨向於無窮大。

問:如果你問為什麼質量會變化,那也就是問這個公式是從哪來的?

答:狹義相對論

問:那狹義相對論又是怎麼來的?

答:兩條基本原理,光速不變和狹義相對性原理,其中最引人注目的就是所謂的光速不變原理,在狹義相對論中,這條原理意味著真空光速在任意慣性系中都是相同數值

問:那麼這兩條原理又是從哪來的?

答:狹義相對性原理是力學相對性原理的升級,光速不變原理則是基於麥克斯韋方程組推導光速,以及麥可遜莫雷實驗等相關證明

如果還要再不斷的這樣追問下去

最終的回答就只能是:因為人類存在於這個世界,經驗與邏輯推理給出的公設原理,沒法再進一步解釋了。

或者乾脆搬出——人存原理(又叫人擇原理):為什麼我們生活的宇宙是這個樣子,因為如果不是這個樣子,我們就不會存在。

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    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。
  • 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:相對論質量效應公式其中m為物體的質量,m0為物體的靜質量,V為物質的運動,C為光速,當m0≠0,VC時,分母根式0,則m+∞。
  • 一個質量點可以摧毀一顆恆星?當物體以光速運動,威力有多大?
    那麼如果假設一個有質量的物體達到了光速,那又會怎麼樣呢?那麼這個物體將會具有無與倫比的威力。在《三體》之中,一個小小的質量點之所以能夠摧毀一整個恆星系,奧秘就在於這個質量點是以光速運動的。為什麼有質量的物體在以光速運動的時候會產生如此巨大的威力呢?要解答這個問題,我們先要明白為什麼在現實世界中,有質量的物體無法達到光速。
  • 一個質量點可以摧毀一顆恆星?當物體以光速運動,威力有多大?
    在《三體》之中,一個小小的質量點之所以能夠摧毀一整個恆星系,奧秘就在於這個質量點是以光速運動的。為什麼有質量的物體在以光速運動的時候會產生如此巨大的威力呢?要解答這個問題,我們先要明白為什麼在現實世界中,有質量的物體無法達到光速。根據質能方程可知,有質量的物體在加速的過程中會產生一個慣性質量,而慣性質量與引力質量是等效的。
  • 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。
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    為什麼人類飛行器一直無法接近光速?愛因斯坦早就給出了答案!目前,人類已知的最快速度是光速,是30萬千米/秒。這個速度有多快呢?舉個例子:地球周長是40076千米,光可以在1秒內繞地球7圈半。厲害吧!而目前人類製造出的飛行器最快速度是16千米/秒(旅行者1號探測器),距離光速還差的很遠。為什麼我們無法接近光速呢?愛因斯坦給出了答案。
  • 運動的物體質量增加,從而使得物體無法達到光速?
    大家可以看出當物體運動速度v越大,整個根號下面的值就會越小,而分母越小,算出來的m值就會越大。當v=0,可以算出m=m0:即速度為0,質量不變。當v=c,可以算出m=正無窮大,也就是速度為光速,質量會變得無窮大。2、光速:299792458 m/秒。
  • 運動的物體質量增加,從而使得物體無法達到光速?
    導讀:運動的物體質量增加,從而使得物體無法達到光速?以下3個回答,讓你深刻理解這個問題。1、之前的幾期文章中,我們多次談到三個效應,運動物體的「長度收縮」、「時間膨脹」、「質量變大」。其中前面2個我們都已經量化的給出了公式,並舉例計算出了效應的具體數值,今天我們來質量變大如何計算。
  • 以無限接近光速離開地球1小時返回,會經歷什麼?科學家給出答案
    愛因斯坦在他的相對論理論作出判斷:物體的時間會隨著速度的加快而變慢,讓物體的速度逐漸接近光速的時候,時間就趨向於停止,當速度等於光速時,時間就完全停止,如果有能力超越光速,時間就會倒流,因此也就可以回到過去了。這就是愛因斯坦的關於時間與速度的預言,那麼按照愛因斯坦的這個理論,假如人類製造一艘光速飛船,駕駛著這艘光速飛船離開地球1小時,會經歷什麼事情?
  • 以接近光速相向或背向而行的兩物體為什麼相對速度不是兩倍光速?
    為了驗證相對論的正確與否,其實科學家就找到了一個可以檢測到小數點之後15位的銫原子鐘,來測飛機運動時和地面參考系觀察者的時間差。所以,我們說牛頓力學是相對論在宏觀低速下的一個近似一點問題都沒有。那接下來,我們再說說,如果兩個飛船以光速相向飛行或者背對飛行的情況。
  • 一個物體需具備什麼條件才能達到光速?
    有了這個關係式,我們就可以得出一個結論,任何物體無法超光速,因為當v=c時(c是光速),根號下面會變得無窮小,使得m變得無窮大。也就是速度越接近光速,質量就會趨向於無窮大。而慣性衡量的一個標準就是質量,質量越大,慣性越大。
  • 為什麼一個物體接近光速時,時間會變慢?
    讓我們先退一步,回顧一個事實:根據狹義相對論的假設,一個物體接近光速(或者任何速度)的時候,時間都不會變慢。一種專門設計用來量化時間的儀器在運動或相對於觀測者運動時(速度接近光速),時鐘會走得更慢(稍後會詳細介紹)。愛因斯坦所描述的鐘的類型是一個特定的性質和設計的一個「光子鍾」。在光子鍾內,光在鏡子之間反射。
  • 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。
  • 如果物體從足夠高的地方自由落體,它的速度會超過光速嗎?
    目前人類尚且沒有任何辦法,把物體的速度加速到光速,只能無限地逼近光速的99.99999……%,始終無法跨越最後一點鴻溝。光速也可以說是現代物理學一個可望而不可及的「天花板」。但是一定有人這樣想過:如果物體以恆定的加速度一直做勻加速運動,那麼這個物體的速度按理來說是一定會超過光速的啊?
  • 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?
  • 接近光速運動的棉花相對論質量無限大,可以形成黑洞嗎?
    棉花雖然輕,但是根據相對論質量公式,棉花如果以光速運動,其相對論質量(動質量)會變得無限大,那麼這種情況下,棉花會因為動質量無限大而形成黑洞嗎?估計很多人都覺得可以。不過,真正的答案是棉花即便能夠接近光速,相對論質量變得無限大,它也形成不了黑洞。
  • 作光速運動的粒子的靜止質量為零的重要原因
    通常採用固定於地球中心或地面的參考係為慣性系,由於忽略了地球自轉和公轉的影響,使運算和測量精度略低)中的任一物質(即宏觀物體或微觀粒子)從靜止開始加速,使其速度最終在光速面前不可忽略時,根據愛因斯坦的相對論質速公式可知,其運動質量m=m0/√(1-ⅴ^2/c^2) 不再近似等於靜止質量m0( 指對於此類物質,選取一個與它相對靜止的慣性參照系後,測出來的質量,而運動質量指該物質相對於這個慣性系運動後
  • 作光速運動的粒子的靜止質量為零的重要原因
    通常採用固定於地球中心或地面的參考係為慣性系,由於忽略了地球自轉和公轉的影響,使運算和測量精度略低)中的任一物質(即宏觀物體或微觀粒子)從靜止開始加速,使其速度最終在光速面前不可忽略時,根據愛因斯坦的相對論質速公式可知,其運動質量m=m0/√(1-ⅴ^2/c^2) 不再近似等於靜止質量m0( 指對於此類物質,選取一個與它相對靜止的慣性參照系後,測出來的質量,而運動質量指該物質相對於這個慣性系運動後,
  • 運動速度越快,時間越慢,那達到光速時會是怎樣的情況?
    理論上說,當運動速度越快,時間越慢,當運動速度趨近於光速,時間就趨近於靜止,但理論上並沒有說「達到光速」,時間會怎麼樣。在狹義相對論中,是已經禁止了任何有靜質量的物體達到光速的可能。一個靜質量為m0的物體,隨著它運動速度的加快,它的動質量M將會如此變化,看如下公式,當速度v逐漸增加,動質量M增加,當v趨近於光速c時,M趨近於無窮大,給一個具有無窮大質量的物體進行加速,理論上需要無窮大的能量,這是不可能的。所以,狹義相對論中規定,一切有靜質量的物體皆不可能達到光速。