机械|一根1光年长的棍子，我在这头推一下，另一头会超光速吗？相对论

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【机械|一根1光年长的棍子，我在这头推一下，另一头会超光速吗？】爱因斯坦提出的相对论被称为现代物理学的两大基石之一，其在科学界的认同度可想而知，然而在相对论的体系里，却有一个令人难以接受的理论，那就是宇宙中任何具有静止质量的物体的运动速度都不能超光速，除此之外，任何能量和信息的传递速度也不能超光速。
既然令人难以接受，那么就有人提出质疑，例如对于“具有静止质量的物体的运动速度不能超光速” ，就有人认为，假如有一艘宇宙飞船携带了充足的燃料，能够不断地给自己提供加速度，那么经历足够长时间的加速之后，这艘宇宙飞船就可以超光速了。
在经典物理学中，这种假设应该是成立的，那相对论是如何对此进行解释的呢？
上图为相对论动能公式，其中m0和v分别代表物体的静止质量和速度， c为光速，从中我们可以看到，当一个物体的速度在无限接近光速时，其自身的动能也会无限增加。这就意味着，要将一个具有静止质量的物体加速到光速，就需要无穷大的能量，这显然是不可能的。
好吧，既然此路不通，那不妨再来看看“能量和信息的传递速度不能超光速” ，对此，有人提出了这样一种思想实验，假如有一根1光年长的棍子，我在这头推一下，另一头会超光速吗？
不得不说，这的确是一个很有想象力的思想实验，因为在日常生活中，我们在棍子的这头推一下，另一头立刻就可以感觉得到，按照这样的思路，假如真的有一根1光年长的棍子，我们应该就能够以超光速传递信息和能量了。
那么一根1光年长的棍子，真的可以实现超光速吗？答案当然是否定的，因为这个思想实验最基本的设定是“力能够通过棍子进行瞬间传递” ，而这个设定却无法在现实中实现。
世界上的所有物体都是由大量的微观粒子构成，棍子当然也不例外，从微观的层面来看，棍子可以看成是一大堆原子的聚合体，在电磁力的作用下，这些原子通常会以“晶格”的形式整整齐齐地排列。
当我们推动棍子的时候，其实只是棍子最前端的原子受到了力，在受力之后，它们的位置就会发生改变，其电场分布也出现了不同，这会促使邻近原子的位置发生改变，而这些原子的位置改变后，更远的原子又会因为相同的原因而随之改变。
简单来讲就是，我们推动棍子的力首先传递给“第一层”的原子，然后它们又去推“第二层”的原子，接着“第二层”的原子又去推“第三层”的原子，力就这样一层接一层地传递，直到传递到棍子的另一头。
如上图所示，这其实就是一种机械波，它的速度是有限的，并不是想象中的那样“瞬间传递” 。我们之所以会觉得在棍子的这头推一下，另一头立刻就可以感觉得到，其实是因为机械波在棍子中传播的时间很短，以至于我们无法察觉，具体有多短呢，我们不妨来简单计算一下。
机械波的传播速度与传播介质的弹性模量（K）以及密度（ρ）密切相关，其计算公式为“V=根号下（K/ρ）” 。
假设棍子是钢做的，钢的弹性模量可取值200GPa ，密度可取值7.85 x 10^3千克/立方米，据此我们可以计算出，机械波在这根棍子里的传播速度大概是每秒钟5千米。
假设这根棍子的长度为10米（一般都没有这么长的棍子），那么我们在这头推一下，在0.002秒之后，另一头就可以感觉到，如此短的时间间隔，没人能察觉得到。
需要指出的是，机械波在任何已知介质中的传播速度都远远低于光速，即使是在目前最好的材料——碳纳米管中，其传播速度也只能达到大约每秒钟690千米，而光速则是大约每秒钟30万千米，两者相差好几个数量级。
从理论上来讲，只有在介质的弹性模量达到无穷大的时候，力才可以在其中瞬时传递，然而这种介质在现实中并不存在。因此可以说，就算真的有一根1光年长的棍子，并且我们还可以推动它，我们也无法实现超光速。