一个很大的齿轮转动了起来,它的边缘会超过

爱因斯坦给出的相对论是现代物理学的两大支柱之一,相对论给人类展现出一片新奇的世界:运动的钟变慢;运动的尺缩短;光速不变原理;光速不可超越……相对论给出的时空观超越了日常经验总结,这让很多人觉得不可思议。

有一些人试图从经典的角度入手找出相对论的破绽,比如超光速。很多人设想过这样一种场景:一个很大的齿轮转动起来,逐渐提高转速,边缘上的点会不会超过光速?

如果从经典力学的角度看,齿轮边缘上的点肯定能够超过光速。可正是相对论界定了经典力学的适用范围,当物体的运动速度接近光速的情况下,经典力学对运动的描述会出现很大的偏差,此时经典力学就要让位给相对论。

在相对论中,物体的质量与速度之间存在着紧密的关系,质量会随速度的增大而增大。当物体的速度趋近于光速时,物体的质量会趋于无穷大。

转动一个齿轮,齿轮边缘上的点的线速度会随齿轮转速的增大而增大。假设边缘上点的线速度能够趋于光速,那么齿轮的质量会趋于无穷大。转动一个这样大质量的齿轮,会需要无穷大的能量。故根本不会让齿轮边缘上的速度超过光速。

更何况,齿轮的转速越大所需的向心力就越大。转速增大到一定程度后,分子间的相互作用力就不足以提供转动所需的向心力,齿轮就会瓦解。齿轮瓦解时的线速度还远达不到需要考虑相对论效应的程度。从经典的角度也能否定有这样的齿轮存在。




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