如果你有一根一光年长的棍子,挥动棍子的时候会超光速吗

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这个世界上是没有什么事情建立在如果上的,先给支持者一个信心,如果这根棍子是绝对刚性的,力的传导速度(其实没这个概念,力的传播速度看介质)那么就会是无穷大,那么答案就是可以超光速。

其实这是一个“超光速”的老梗问题,在民科群中经常提及。众所周知,光速限制表达为任何物体移动或者信息传递的速度,不能超过光速。

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所以,有的人提出一个构想(其实,100年前就有人提出这个“棍子”的理论了),如果我们推动一根几光年长的棍子,这根棍子不是可以同步运动了吗?这不就是对棍子的另一端施加影响——即传递了信息了?即使传递信息是瞬间的,不是就打破了“任何物体移动或者信息传递的速度,不能超过光速”的结论了吗(还有拿手电筒移动光斑打破光速的老梗)?

那么,光速不是就轻而易举的被打破了吗?遗憾的是,你想到的问题,别人也会想到,如果这么简单就可以打破物理规律,那么,物理规律就不知道被打破多少次了。实际上,物理规律在其适用范围内是不可能被打破的。

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首先,“一根1光年长的棍子”是不可能实现的,也就是说,现实世界不可能做出这种东西。即使做出来这种东西,光是摩擦力之巨,就注定你不可能推动它。

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第二,可以把这根棍子想象是一根长长的弹簧,因为物体都不可能是基本粒子紧挨在一起的,物质的结构,你可以想象是一个弹簧装置。

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第三,有朋友说,力在棍子里面的传播速度是有限的。这个说法其实是不严格正确的。力是物体间的相互作用,所以,没有什么力的传递速度这种说法。力是相互作用的结果,如果物体(比如这根棍子)是刚体,那么力的作用可以是瞬时的,即可到达。

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刚体,是指在运动中和受力作用后,形状和大小不变,而且内部各点的相对位置不变的物体。绝对刚体实际上是不存在的,只是一种理想模型,这个东西只存在物理书中的那个“小滑块”。

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因为任何物体在受力作用后,都或多或少地变形,如果变形的程度相对于物体本身几何尺寸来说极为微小,在研究物体运动时变形就可以忽略不计。把许多固体视为刚体,所得到的结果在工程上一般已有足够的准确度。但要研究应力和应变,则须考虑变形。由于变形一般总是微小的,所以可先将物体当作刚体,用理论力学的方法求得加给它的各未知力,然后再用变形体力学,包括材料力学、弹性力学、塑性力学等的理论和方法进行研究。

因为一切的物体都不可能是刚体这种理想状态,我们就要考虑物体的形变问题。

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我们要清楚一点,在现实中,所有固体物质中粒子之间相互作用都类似于弹簧,所以,我们已经讨论的是波(形变)造成的群速度。我们只能说是,我们推动这个棍子,我们施加的力,力的相互作用以波的形式在传递出去,然后波逐渐传递、传播到棍子的另外一段。

光速是真空中传递最快的速度,而波在介质中的传播速度,是不可能超过光速的。如果你推动一根棍子,无论这根棍子的长度是多少,几光年也好,你施加的波的传递速度的上限是音速。无论你如何推动这根1光年的棍子,传递波的速度就是音速,等棍子的另一端接受到这股波,那是很遥远的时间之后了。