一根30萬(wàn)公里長(zhǎng)的棍子 如果揮舞起來(lái) 末端速度能否超光速

不太可能。愛(ài)因斯坦曾經(jīng)提出一個(gè)宇宙中的極限，即光速是不可逾越的極限速度。根據(jù)這一理論，無(wú)論物體如何努力，其運(yùn)動(dòng)速度都不可能超過(guò)光速。盡管這一理論得到了廣泛認(rèn)可，但仍然有一些人懷著質(zhì)疑的態(tài)度，并思考是否有可能找到一些方法來(lái)超越這一極限。

一、使用一根足夠長(zhǎng)的棍子，是否可以實(shí)現(xiàn)超越光速的運(yùn)動(dòng)

如果我們將一根長(zhǎng)度達(dá)到30萬(wàn)公里的棍子的一端固定在某一點(diǎn)，然后以一定的速度旋轉(zhuǎn)另一端，就好像在揮動(dòng)它一樣，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的公式，可以計(jì)算出棍子的另一端的線速度。假設(shè)我們每秒揮動(dòng)一周，那么根據(jù)公式，棍子的一端將以每秒188.4萬(wàn)公里的速度移動(dòng)，相當(dāng)于光速的六倍。

這個(gè)設(shè)想似乎令人興奮，因?yàn)殚L(zhǎng)棍子的長(zhǎng)度越來(lái)越大，其速度也會(huì)不斷增加，最終可能實(shí)現(xiàn)超越光速的目標(biāo)。然而，現(xiàn)實(shí)世界的物體并非如此。

二、現(xiàn)實(shí)世界的物體

在現(xiàn)實(shí)世界中，很難找到絕對(duì)不會(huì)發(fā)生形變的剛體物體。絕大多數(shù)物體在受到外力作用后，都會(huì)產(chǎn)生一定程度的變形，盡管平時(shí)我們施加的力較小，這種變形通�？梢院雎圆挥�(jì)，從而近似地將物體視為剛體。

當(dāng)物體越來(lái)越大時(shí)，情況就不一樣了。即使是鋼筋這樣的材料，在長(zhǎng)度達(dá)數(shù)米后，也會(huì)像鞭子一樣甩動(dòng)，形變變得非常明顯。在極端情況下，如大樓在強(qiáng)風(fēng)中的微小擺動(dòng)，都顯示出了變形的現(xiàn)象。這是因?yàn)槲矬w在受到外力后，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生相互作用力，也就是機(jī)械應(yīng)力，這些力使物體試圖恢復(fù)到原始狀態(tài)，以抵抗外部變形。因此，一根長(zhǎng)度為30萬(wàn)公里的棍子在受到外力揮動(dòng)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生巨大的機(jī)械應(yīng)力，最終導(dǎo)致斷裂，因此實(shí)際上無(wú)法揮動(dòng)。

如果我們暫且忽略這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，設(shè)想我們真的擁有一根絕對(duì)不會(huì)發(fā)生形變的棍子，并且能夠在瞬間施加力。

三、這樣是否就能實(shí)現(xiàn)超越光速的運(yùn)動(dòng)

實(shí)際上，物體的運(yùn)動(dòng)可能與我們的想象不同。當(dāng)我們?cè)谌粘Ｉ�活中拉�?dòng)一根棍子時(shí)，可以觀察到棍子的末端也會(huì)隨之移動(dòng)。然而，根據(jù)力學(xué)原理，物體的不同部分并不會(huì)同時(shí)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)施加力時(shí)，力作用在物體的局部區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域首先獲得加速度并開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。這個(gè)運(yùn)動(dòng)信息會(huì)以機(jī)械波的形式傳播到其他部分。

在這種情況下，力的傳播速度與物體的密度相關(guān)。例如，在木材中，力的傳播速度僅為每秒500米，而在金屬中，如鐵桿，力的傳播速度可達(dá)每秒5000米。然而，力作為一種機(jī)械波，其傳播速度最高也不能超過(guò)聲速。因此，當(dāng)試圖揮動(dòng)一根長(zhǎng)達(dá)30萬(wàn)公里的鐵桿時(shí)，即使以每秒5000米的速度傳播力，也需要大約16.66小時(shí)才能夠使鐵桿的末端產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

此外，絕對(duì)剛體無(wú)法發(fā)生形變，無(wú)法傳遞機(jī)械波，因此無(wú)論揮動(dòng)的速度有多慢，都需要瞬間將力施加到整個(gè)物體上。這意味著在物體的不同部分之間傳遞信息的速度將超過(guò)光速。根據(jù)狹義相對(duì)論，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需要無(wú)窮大的能量，這是不切實(shí)際的。

因此，光速被認(rèn)為是不可逾越的極限，只有光子在真空中能夠達(dá)到這一速度。其他任何具有質(zhì)量的物體在靜止時(shí)都具有質(zhì)量，加速到光速需要越來(lái)越多的能量，甚至需要無(wú)窮大的能量。這是愛(ài)因斯坦相對(duì)論的基本原理之一，也經(jīng)歷了嚴(yán)格的科學(xué)驗(yàn)證。