1光年长的牛顿摆,1头钢球落下另一头弹起的速度能否超光速?

发布网友发布时间：2022-05-21 01:27

共1个回答

热心网友时间：2023-10-10 16:41

1光年长的牛顿摆，1头钢球落下，如果另一头的钢球瞬间弹起，那么信息的传播速度就可以超过光速，但是实际上不会发生这样的事。

钢铁的密度是7.8，掂在手里具有沉甸甸的感觉，而且具有极高的强度。那么一个实心的钢球真的是实心的吗？

只要我们把尺度缩小到原子尺度，以此来衡量一个实心的钢球。会发现钢铁实际上是由铁晶体组成的，在常温下铁晶体是呈心立方状态，位于中心的铁原子在8个顶点连接了8个铁原子。

让它们牢固连接的是铁原子的键能，所以即使从晶体状态来看，铁中间也充满了很多的空隙。

我们继续缩小到一个原子核的尺度，会发现原子核的体积只占原子体积的1/10亿，所以原子也是空的。

我们触摸物体表面的时候，实际上感觉到的是在原子核外围运行的电子类似于云雾状的分布，被称为电子云。

原子核是带正电的，电子是带负电的，但是电子云并没有塌陷，让电子掉到原子核上。因为电子绕原子核的运动，是一种能量驻波的形式。

这些能量不连续分布，符合量子力学的法则，被称为电子轨道能级，描述它们需要薛定谔方程。

甚至连组成原子核的质子和中子，中间也是有空隙。

总的来说，万物的本质是虚空。万物的相互作用，哪怕是我们认为常规是实心物体，比如说是牛顿摆的钢球，它们之间的作用过程细究起来也是力场之间的相互作用。

钢球与钢球之间的碰撞，实际上是铁原子和铁原子之间的接触。更进一步的说，是围绕在不同原子核外的电子之间的相互作用。

电子与电子接近时候，通过吸收和发射虚光子而产生作用力。这个发射、吸收的过程非常复杂。

这个力的大小随着光子交换的复杂程度，呈指数降低，这个指数的底数是一个约等于1/137的常数，被称为精细结构常数。

精细结构常数实际上是电子在氢原子核外运动的时候，在第1玻尔轨道上的运动速度和真空中光速的比值。

当钢球与钢球之间相互碰撞，实际上是电子与电子之间、电子与原子核之间通过电磁场相互作用。这个过程，通过无数个钢球上面的无数个原子之间相互的传递，比光速要延迟很多。

这种传递力的方式，在宏观上表现为压力的传播方式。

它的传播速度就是机械波在钢铁中传播的速度，与声音在钢铁中传播的速度完全相等，这个速度是5千米每秒，这也是钢铁内部压力响应的速度。

机械波在材料中的传播速度越高，材料的强度越高。

这也是为什么靠炸药在空气中爆炸产生的冲击波难以摧毁一个结构完整的实心钢球。因为冲击波的速度要追上钢铁内部压力响应的速度，必须达到极高的爆速。

路边*靠爆炸摧毁坦克，是因为复杂的机器有多个部件组合，中间有裂隙，冲击波的压力分布不均匀，会产生剪切效应和应力集中效应。

光速是30万公里每秒，比机械波在钢铁中的传播速度快6万倍。

所以，当一光年长的牛顿摆一端的钢球落下的时候，另外的一端的钢球要6万年以后才会弹起。

这个问题里面涵盖了经典量子力学、量子电动力学、牛顿力学、材料力学，最后归结为统一的，可以进行数学描述的解释。

物理把千变万化的复杂现象归结为数学符号的演绎，并且可以在纸面上推导万物相互作用的过程。这就是物理的魅力！