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无法以超光速航行

爱因斯坦  人们希望宇宙飞船能以超光速航行,以便彻底战胜宇宙的辽阔尺度,实现航宇的理想。但这个美好的愿望与现实存在着巨大的鸿沟。

  是什么现实阻挡了这个美好愿望的实现?

  这个现实就是爱因斯坦狭义相对论的一个重要推论:质量与能量等价。一切物质都潜藏着质量(M)乘以光速(C)平方的能量(E),即著名方程E=MC2。一个静止的物体,它的所有能量都包含在它的静止质量中;物体一旦运动,就会产生动能,这个动能也会加到质量上去,运动速度越高,动能越高,物体质量越大。任何物质的运动速度永远不可能达到光速

  质能等价是现实吗?日本高能物理研究所曾用加速器将电子加速到光速的99.999999987%,结果,电子的质量比静止时增加6万倍。欧洲基本粒子研究中心用加速器将电子加速到光速的99.999999996%,电子质量增加10万倍,验证了质量与能量等价是一个现实。在自然界也有质能等价的事例。如铀原子核在裂变为两个较轻的原子核时,它们的质量之和比铀核小,正是损失了的那些质量转变成了巨大的能量。再如在太阳内部的氢聚变反应中,每秒钟有400万吨质量转变成能量,以光和热的形式辐射出来。还有,宇宙线与高层地球大气作用产生的一种叫μ介子的粒子,它本来只能存在50万分之一秒就会衰变,由于高速运动,它实际上可存在万分之一秒,寿命增加50倍。

  那么,质能等价是如何不允许宇宙飞船以超光速航行的呢?由于能量与质量等价,物体运动中所具有的能量,会加到它的质量上去,也就是说,运动会使质量增加。远低于光速的物质运动,其质量的增加微乎其微,如以10%光速运动的物体,质量只增加0.5%,这没有实际意义。但随着运动速度接近光速,其意义就显现出来了,如达到90%的光速时,其质量增加1倍多。如要保持原来的加速度值,则需要更多的能量。随着速度趋近于光速,质量随速度的增加而直线上升。到无限接近光速时,质量则趋向无限大。要加速这质量无限大的物体,则需要无限多的能量。因此,任何物体(当然也包括宇宙飞船)的运动速度,永远不可能达到光速,更不可能超过光速。只有质量为零的粒子(如光子)才能以光速运动。

  当然,有人认为超光速是可能的。只能另作讨论了。


速度战胜距离  天上方数日,人间几千年