光速 为什么 不能 被 超越 ？李永乐 老师 老师 6 分钟 讲 狭义 相对论 之 质量 增加 （2018 最新 ）
各位 同学 大家 好 我 是 李永乐 老师
今天 我们 继续 来 讨论 相对论 的 话题
有人 问 我 说 为什么 宇宙 中 光速 是 最快 的 速度
为什么 一个 物体 不 能够 通过 加速 的 方式 加到 光速
我们 今天 就 来 解释 一下 这个 问题
首先 为了 解释 这件 事 我们 得 先 明白 加速 是 怎么 来 的
物体 的 加速 过程 到底 是 怎么 回事
比如说 有 一个 箱子 它 静止 在 地面 上
我 现在 想 把 这个 箱子 让 它 速度 变 大 怎么办
很 简单 我们 推 它
我们 给 它 一个 推力 给 它 一个 推力 之后
这个 物体 就 会 往前 加速 速度 会 越来越 大
我们 如果 列 一个 表格
这个 物体 它 在 不同 的 时间 单位 是 s
比如说 在 0 时刻 在 1 时刻 在 2 时刻 在 3 时刻
它 的 速度 单位 是 m/s 是 0 1 2 3
也就是说 在 0 这个 时刻 速度 是 0
在 1秒 这个 时刻 速度 是 1 米 每秒
在 2秒 这个 时刻 速度 是 2米 每秒 以 此 类 推
那么 这个 物体 就是 在 加速 的
我们 就 可以 定义 一个 量 叫做 加速度
加速度 a 等于 什么
加速度 a 就 等于 你 速度 的 变化 再 除以 时间
咱们 看 你 每过 1 秒 速度 都 变 了 1m/s
每过 1 秒 速度 都 变 了 1m/s
所以 速度 变化 是 (1m/s )/ 1s
它 就 等于 1m/s^2 这 就是 你 所谓 的 加速度
加速度 就是 用 速度 变化 再 除以 时间 的
比如说 我们 经常 所说 的 重力 加速度
什么 叫 重力 加速度 就是 物体 自由 落体 的 加速度
速度 重力 加速度 叫 g 它 是 9.8m/s^2
意思 是 每 过 1秒 你 的 速度 都 会 加 9.8m/s 这是 加速度 的 含义
那么 加速度 到底 该 怎么 计算
这 就 涉及 到 第二个 概念 叫 牛顿 第二 定律 了
牛顿 第二 定律
牛顿 就 说 加速度 跟 两个 因素 有关
显 而 易 见 你 推 的 力 越大 这个 物体 加速 的 就 越快 对吧
但是 你 同样 的 力 去 推 箱子
这个 箱子 越重 这个 物体 加速 的 程度 就 比较 慢
比如说 你 用 一个 推力 去 推 一个 小 自行车
这个 自行车 很快 就 加速 起来 了
但是 你 用 这个 推力 去 推 火车
你 想 一 想 这个 火车 是 不 是 很 难 加 起来 对 不对
它 速度 变化 就 比较 慢
那么 牛顿 第二 定律 是 这样 告诉 我们
他们 说 这个 物体 的 加速度 等于 什么
等于 物体 的 受力 再 除以 物体 的 质量
写成 公式 的 形式 就是 a =F/m
物体 的 力 越大 所受 的 力 越大 它 加速度 就 越大
但是 同样 的 力 的 情况 下 质量 越大 它 加速度 就 越小
这 就是 所谓 的 牛顿 第二 定律
所以 同一个 力
你 推 不同 的 质量 的 物体 它 加速度 是 不 一样 的
但是 在 经典 的 情况下
不管 你 加速度 多大 你 都 是 可以 加速 的
在 经典 的 时候 m 是 不变 的
如果 F 也 不变 那么 就 会 造成 a 不变
a 不变 的 意思 是 你 可以 一直 加速
所以 经典 情况 下 你 的 速度 随着 时间 是 怎样 变化 的
它 是 这样 变化 的 时间 越长 速度 越大 或者 是 这样 变化 的
这 两种 情况 分别 对应 着 加速度 大 和 加速度 比较 小 的 情况
但是 不管 怎样 你 都 会 一直 这样 加速 下去 这 就是 经典 的 情况
那么 现在 咱们 来 讨论
为什么 在 相对论 的 情况 下 物体 无法 超过 光速
在 相对论 的 情况 下
爱因斯坦 的 相对论 有 一个 结论
就是 物体 的 质量 会 随着 它 的 速度 而 发生 变化
物体 质量 等于 m0 /√ (1- (v/c)^2)有 这么 一个 公式
其中 这个 m0 是 什么 m0叫 静止 质量
也 就 是 说 当 这个 物体 静止 时 它 的 质量
而 这 里面 的 m 是 什么 是 运动 质量
就是 你 运动 了 之后 它 的 质量
v 是 这个 物体 的 速度 c 是 光速
这 是 爱因斯坦 根据 相对论 的 基本 的 假设 得出来 的 一个 方程
有 了 这个 方程 之后 我们 就 会 发现 一个 物体 速度 越 快 就是 v 越快
v越快 的话 这个 分母 就 会 越 小
那 这样 的话 质量 就会 变大
所以 有个 基本 结论 就是 运动 的 物体 ...
运动 的 物体 质量 大
运动 的 物体 质量 会 变大 就 会 有 这么 个 结论
那么 如果 这个 物体 它 的 速度 接近 于 光速 会 有 什么 结果
速度 接近 于 光速 的话 v/c 就 接近 于 1
所以 这个 分母 接近 于 0 因此 质量 就会 变到 多大
质量 就会 变到 无穷大
质量 变大 了 或者 变到 无穷大 那 又 如何
咱们 回 过 头 来 看 牛顿 第二 定律
当然 在 相对论 的 情况 下 牛顿 第二 定律 形势 是 有 变化 的
但是 咱们 现在 先 不管 它 那个 形式 变化
咱们 就 借用 这个 牛顿 第二 定律 加速度 等于 F/m
假如 我们 认为 你 的 力 F 一直 都 不变
但是 你 的 质量 越来越 大 加速度 是不是 就 越来越 小
如果 质量 趋近 于 无穷大 你 加速度 会 趋近 于 几
会 趋近 于 0
也 就 是 说 运动 的 物体 随着 运动 速度 越来越 快 它 的 质量 会 越 变 越 大
因为 质量 越 变 越 大 它 加速度 会 越来越 小
最终 这个 物体 的 速度 也 达不到 光速
如果 我们 画个 图像 的话 那么 这个 图像 是 这样 的
这是 v 这是 t
它 的 加速度 越 加 越 慢 越 加 越 慢 最后 就 平 过来 了
那么 这个 平 过来 的 速度 就是 光速 c
也 就 是 说 你 不 可能 通过 加速 的 办法 让 物体 的 速度 超过 光速
其 原因 就是 在 你 加速 的 过程 中 物体 的 质量 会 越来越 大
它 的 加速度 就会 越变 越慢 最后 它 只能 是 最多 以 光速 运动
就是 这么 一个 问题 好 吧
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