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光速飞船在飞行时如果碰到一粒沙子,会怎么样?_科技频道_东方资

发布日期:2020-07-24 01:17   来源:未知   阅读:

随着科学技术水平的不断提升,以及天文观测技术的飞速发展,我们能够看到宇宙的区域范围越来越大,那些来自几十上百亿光年之外恒星所发出的信息,都可以被我们的大型天文望远镜捕捉到。然而,相对于天文观测的空间尺度,我们通过发射航天器实地进行观测的范围实在是过于渺小,即使是50年前发射的旅行者1号和2号探测器,在完成对太阳系边缘行星的探测任务之后,也只能依靠残余的能源以及惯性,缓慢地向太阳系外围行进,但是相对于地球的运动速度来说,也仅仅是几十公里每秒,这与光速每秒30万公里相比实在是“龟速”,想要离开太阳系的有效引力范围,到少还得需要几万年的时间。所以,对于高速飞船特别是亚光速飞船的渴望,已经成为人类有效提升深空探测能力的重要目标。

爱因斯坦在提出狭义相对论时,明确了两个基本假设,一个是相对性原理,即各种物理定律在所有惯性参照系中具有相同的表达形式;二是光速不变原理,光线在真空中的速度,不因参照系的变换而发生改变。在狭义相对论体系下,任何物质的运动,都会成为改变时间和空间的重要因素。对于两个物体的相对运动来说,在经典力学框架下的相对运动速度,是两个物体的速度矢量叠加;但是对超高速运动的物体来说,就必须要运用洛仑兹变换来进行推导,从而求出狭义相对论体系下的相对运动速度,表达式为:v=(v’+u)/(1+v’*u/c^2),通过这个表达式我们可以看出,两个物体的运动速度无论怎么快,其相对运动速度永远也不可能超过光速,只能无限接近光速,即使两条相向而行的光线,其相对速度也只能是光速值。

在这里还需要明确一个由狭义相对论推导出来的结论,那就是物体的运动速度与运动质量之间的关系。如果一个物体的静止质量为m0,当以速度v进行运动时,其运动质量与静止质量的关系表达式为:m=m0/(v^2/c^2)^(1/2),说明物体的运动速度越快,则运动质量就越大,当运动速度达到光速时,其运动质量就会趋向于无穷大。由于光束中的光子静止质量为0,所以它的运动速度可以达到光速这个最大值。但凡物体拥有一点静止质量,那么它在加速到速度很高时,其运动质量就会显著提升,按照质能方程,则所需要输入的能量值为(m-m0)*c^2,如果要达到光速,则这个能量输入就会无穷大,显然是不可能实现的。因此,即使质量非常微小的中微子,科学家们监测到它的运动速度也略低于光速。

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