摘要:因此,當速度越接近光速時,由於動質量大幅度增加,火箭越難被繼續加速。尤其是在速度趨近光速時,火箭的動質量將會大幅度增加,直至隨着速度無限接近光速而趨於無窮大。

如果太空中的火箭不停加速,它最終能超過光速嗎?

假設給火箭足夠的燃料,使其能夠在太空中不停加速,那麼,火箭最終能超過光速嗎?

根據牛頓物理學,隨着燃料的逐漸消耗,火箭的質量逐漸降低,加速度會越來越高,火箭的速度會越來越快。只要火箭擁有足夠多的燃料,太空中的火箭加速到光速,並且最終超過光速,都是遲早的事情,沒有什麼能夠阻止火箭超光速。

然而,根據狹義相對論,火箭不可能被加速到超光速,因爲火箭就連光速都不可能達到。雖然火箭的質量會隨着燃料消耗而變得越來越小,但由於相對論效應,火箭的動質量會隨着速度增加而變得越來越大:

如果太空中的火箭不停加速,它最終能超過光速嗎?

尤其是在速度趨近光速時,火箭的動質量將會大幅度增加,直至隨着速度無限接近光速而趨於無窮大。因此,當速度越接近光速時,由於動質量大幅度增加,火箭越難被繼續加速。而加速到光速是不可能的,因爲這需要無限的燃料來產生無限的動能。相對論的動能由如下公式給出:

如果太空中的火箭不停加速,它最終能超過光速嗎?

如果在速度遠低於光速的情況下,對上式右側展開爲泰勒級數,則可以把上式改寫成如下的近似表達式:

Ek=1/2mv^2

相對論效應在低速下是無法察覺到的,但在能把粒子加速到亞光速的粒子加速器中,相對論效應會產生顯著的影響。在粒子加速器中,物理學家觀測到的粒子運動行爲完全符合狹義相對論的描述。

如果太空中的火箭不停加速,它最終能超過光速嗎?

總之,根據狹義相對論,局域速度的超光速現象是不存在的。但如果考慮空間膨脹效應,宇宙中遙遠的星系會以超光速遠離彼此。事實上,銀河系正以超光速相對於140億光年外的河外星系退行而去。空間不是物質,也不是輻射,所以空間的膨脹不受狹義相對論約束。

相關文章