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按照牛顿经典力学,到达光速需要多少能量?

光速,是宇宙中已知的最快速度,在正常环境下,没有任何物体的速度可以超越光速。

在宇宙的物理法例中,只要存在质量的物体,都无法达到光速,即使是一个细小的粒子,科学家也只能将其加快到99.999%光速,继续为这颗粒子加快,也只是呈现更多的“9”,永远不会达到光速。而一些没有质量的粒子,光速就是其自己的特征。

光速无法超越的本家儿要原因,是因为爱因斯坦在能量和质量中心划上了等号,跟着物体速度的增添,物体的能量也会增添,进而导致质量增添,加快会变得越来越坚苦,让一个有质量的物体达到光速,需要破费“无限大”的能量,也就是不成能!

牛顿可以让物体达到光速,但需要几多能量?

《相对论》缔造了一个不成超越的“光障”,但牛顿经典力学并没有这种限制,想要达到光速,只需要操纵动能公式E=1/2mv^2,就可以轻松获得需要的能量。牛顿的物理理论,确实可以让物体达到光速,但所需的能量也是庞大的。

假设一个100吨的火箭,分开地球起头在太空中加快,方针就是光速,那么按照牛顿经典力学,我们只需要将火箭质量和速度代入公式,就可以获得需要的能量——E=1/2(100000)(3*10^8)^2=4.5*10^12J

4.5*10^12焦耳,这是一个什么概念呢?今朝人类的兆瓦级发电站的发电功率大约是5*10^8瓦特,发生光速所需的能量,需要9*10^12秒,也就是285000年。

即使按照牛顿经典力学,不考虑任何其他感化力的环境下,人类也需要支出庞大的价格才能达到光速,但这依旧是可行的。

今朝宿世界上大约有10万座发电站,假设这些发电站都是兆瓦级,全数用来给火箭加快,也需要快要30年时候才能完当作加快,这也意味着全球都将终止供电30年。更主要的是,今朝火箭并没有足够的容量承载能源,发射也本家儿要依靠化石燃料,达到光速的50%都是天方夜谭。

固然牛顿经典力学可以计较出具体需要的能量,但爱因斯坦却不这么认为,若是考虑《相对论》,加快到光速需要几多能量?

爱因斯坦的《相对论》,您能冲破“光障”吗?

在相对论中,爱因斯坦按照三维空间加一维时候的四维时空去考虑问题,当物体的速度接近光速,物体具有的能量会改变为质量,而且影响物体的相对时候。

简单来说,只如果带有质量的物体,速度越快,质量越大,相对的时候流逝越慢。若是物体达到光速,那么质量就会变为无限大、时候也会趋于静止——假设我们用光速横穿10万光年的银河系,对于我们自身来说,这趟观光几乎没有破费时候,可是对于地球来说,已颠末了10万年。

爱因斯坦的理论告诉我们,只要存在质量,就不成能达到光速,只会无限趋近光速!除非真的找到无限大的能源供给。

按照爱因斯坦的光速公式,跟着物体接近光速,物体的质量会呈现指数上升,时候的流逝也会呈现指数下降。

一艘火箭,若是达到50%光速,质量会晋升15%;达到86%光速,质量晋升100%;达到99%光速,质量晋升700%;达到99.999%光速,质量猛增22400%。越接近光速,物体质量的增加越快,理论上耗损整个宇宙的能量,都无法让存在质量的物体达到光速。

相对论要比经典力学超前一些,若是操纵相对论计较能量,让100吨的火箭加快到99.999%光速,需要兆瓦级发电站工作1.28亿年,即使宿世界上所有的发电站配合工作,也需要数代人的等待。

光速真的不成超越吗?

多年以来,科学家一向在寻找达到光速甚至超越光速的方式,那时在尝试室中加快的粒子,永远只能无限接近光速,可是科学家找到了“作弊”的方式,可以让粒子短暂超越光速。

光速在真空情况中,才能阐扬最快的速度,进入到介质中,就会发生刹时减速,但部门粒子以超高速进入介质时,并不会呈现刹时减速,操纵特别的介质,科学家可以让粒子的速度短时候跨越被减慢的光速。

固然这是科学界的一大冲破,但这类科学尝试依旧很难帮忙人类在宇宙中高速移动。人类想要达到、甚至超越光速,需要操纵空间的力量。

爱因斯坦的理论固然认为光速无法超越,可是三维空间的理论,却让人类有了超越空间的可能性——虫洞理论。按照三维空间理论,宇宙是可以发生弯折扭曲的,若是我们可以操纵重力将宇宙弯折,就可以让两个地址无限接近,从更高的维度直接达到目标地。

比拟直接超越光速,虫洞理论加倍可行,而且不会打破时候法则,究竟结果光速观光会改变相对时候,当我们完当作星际探测,地球或许已经灭尽。虫洞理论不会影响时候,并且观光速度甚至可以超越光速,究竟结果可以“抄近路”。

总结:

按照牛顿经典力学,光速是可以达到的通俗速度,或许只需要数百年时候,人类就可以积攒足够的能量进行光速观光;但相对论缔造出了“光障”,存在质量的物体不成能达到光速,该理论也在粒子加快尝试室中获得了证实。

固然相对论关上了光速观光的大门,但也开启了超光速观光的窗户,虫洞理论上存在,可是今朝还没有找到任何人造或自然的虫洞。虫洞需要庞大的引力弯折空间才能形当作,黑洞作为人类物理学的极限天体,或许需要完全理解黑洞,人类才能缔造出虫洞。

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