有人提問:我用相同的力跑步,作勻加速直線運(yùn)動,只要我堅持不懈,是否總有一天能超過光速?

答案是:

當(dāng)你跑個10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000年,產(chǎn)生的龐大能量,將足以創(chuàng)造整個宇宙。


(資料圖片)

但……依舊和光還有10^-114m/s的速度差距。

以下是計算過程:

當(dāng)題主以恒定的力量前進(jìn)時。

低速狀態(tài)符合牛頓經(jīng)典力學(xué),加速度: a=F/m

在平直空間,近光速狀態(tài)下時,根據(jù)狹義相對論,帶入洛倫茲因子,得到加速度為:

又: a′=dv/dt

那么:

我們假設(shè)題主行進(jìn)方向的恒力,正好和地球的重力相當(dāng),那么a=g=9.8m/s^2

如果不考慮相對論效應(yīng),題主到達(dá)光速所需要的時間為:30591067.14s,也即354天,接近1年的時間。

但在現(xiàn)實(shí)中是會發(fā)生相對論效應(yīng)的。

當(dāng)達(dá)到71%光速時,帶入相對論效應(yīng)下以上公式,得到時間為30842950.85s,也即357天,已經(jīng)超過經(jīng)典力學(xué)下的時間。

當(dāng)達(dá)到80%光速時,用時40788089.52s,即1年零108天。

當(dāng)達(dá)到90%光速時,用時63162649.07s,即2年零1天,考慮到閏年什么的,基本上就是兩年整。

如果題主65kg,根據(jù)近光速下,相對論效應(yīng)影響下的動能公式:

可得此時題主的動能,高達(dá):7.56×10^18J,相當(dāng)于18億噸TNT,達(dá)到36顆沙皇的威力,如果題主不小心撞上一顆行星上,足以把這顆小行星撞得粉碎。

當(dāng)達(dá)到99%光速時,用時2484.8天,即6年零295天。

當(dāng)達(dá)到99.9%光速時,用時21年零246天。題主的動能達(dá)到1.25×10^20 J,相當(dāng)于300億噸TNT,超過人類歷史上的最高核儲存當(dāng)量。

當(dāng)達(dá)到99.99%光速時,用時68.6年。由于鐘慢效應(yīng)的存在,題主也只是比出發(fā)的時候年長了一歲,但此時此刻,地球上的同齡人正在衰老并死去。

當(dāng)達(dá)到99.999%光速時,用時217年。地球上的同齡人,已經(jīng)死去了100多年。

當(dāng)達(dá)到99.9999%光速時,時間過去了686年。

……

當(dāng)達(dá)到99.999999%光速,也即比光速小一億分之一時,又是6859年。

當(dāng)與光速相差僅僅1m/s時,題主已經(jīng)跑了11876年,也即1萬年出頭。

當(dāng)與光速相差僅僅1cm/s時,用時11.88萬年,此時地球上是否還存在人類已經(jīng)是未知數(shù)。題主的動能,已經(jīng)高達(dá)7.15×10^23J,相當(dāng)于1700萬億噸TNT,是6500萬年前,撞擊地球小行星能量的6~7倍。

如果題主撞擊到一個有生命的類地行星,足以造成這個星球99%的生命滅絕。

……

當(dāng)與光速相差僅僅1μm/s時,用時1188萬年,也即1000萬年出頭,這個時間已經(jīng)足夠類人猿再次演化成新的人種了。

此時題主身上的能量高達(dá)7×10^25J,相當(dāng)于太陽每秒核輻射的1/5.6.

當(dāng)與光速相差僅僅10^-10m/s(10^-10m,也即0.1nm,相當(dāng)于原子的平均大小)時。

地球上的時間已經(jīng)過去了近12億年,太陽的亮度已經(jīng)增加了12%,地球上的平均溫度升高30~40℃,赤道的最高溫度超過100℃,兩級冰川徹底融化。

在后來的時間里海水逐漸蒸發(fā),雖然這是相對漫長的過程,但相對于題主的時間,僅僅只是一瞬間的事情。

當(dāng)與光速相差僅僅10^-12m/s(10^-12m,氫原子大小)時,地球上的時間已經(jīng)過去了近120億年。

但相對于題主的時間,這是頃刻間的事情。相對于題主這邊的剎那間,太陽就已經(jīng)化作紅巨星,吞沒了地球。

但題主單純回頭觀察地球時,他會覺得地球時間流速卻是不變的,因?yàn)榈厍蝻w出的光也在追趕題主。

也就是說,題主看到的會是已經(jīng)死去地球的殘影。

此時,題主身上的能量達(dá)到7×10^28J,相當(dāng)于太陽輻射3分鐘釋放出來的總能量。

當(dāng)與光速相差僅僅10^-15m/s(質(zhì)子大小為1.7×10^15 m)時,銀河系的時間已經(jīng)過去了近3800億年,曾經(jīng)地球人看到的絕大多數(shù)恒星都已經(jīng)死亡。

當(dāng)然,在這個時間內(nèi),又有無數(shù)的恒星生死輪回。

當(dāng)與光速相差僅僅10^-20m/s(小于夸克大小)時,銀河系的時間已經(jīng)過去了近120萬億年。如果熱寂理論成立,銀河系和諸多的星系正在走向死亡。

無數(shù)恒星的燃料正在耗盡,逐漸熄滅。

此時,題主身上的動能高達(dá)7×10^32J,而地球這么大的行星,重力結(jié)合能也才2.45×10^32 J。如果題主撞擊在類地行星上,足以把星球徹底且永久性地毀滅。

當(dāng)與光速相差10^-22m/s,時間過去10^15年,恒星系統(tǒng)也變得不穩(wěn)定了,在引力擾動下,無數(shù)行星開始脫軌。

當(dāng)與光速相差10^-23m/s,題主的動能已經(jīng)相當(dāng)于太陽一年的能量。

當(dāng)與光速相差10^-24m/s,時間過去了10^16年,恒星和恒星留下來的矮星、中子星等殘骸,也開始脫離軌道。一些小質(zhì)量恒星也在蒸發(fā),只有大質(zhì)量黑洞依舊穩(wěn)如泰山。

當(dāng)與光速相差10^-30m/s,過去10^19年,題主的動能相當(dāng)于太陽5000年的能量。

當(dāng)與光速相差10^-43m/s,過去10^25年,題主的動能相當(dāng)于太陽100億年的能量。

根據(jù)廣義相對論Birkhoff定理,在球?qū)ΨQ的引力場中,速度才不會提供引力場。

但題主作為人形物,并非球?qū)ΨQ。

所以,在題主能量開始接近太陽能量后,根據(jù)公式 R=2MG/c2 ,他的史瓦西半徑達(dá)到3公里,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過身高尺度。

也就是說,此時的題主,已經(jīng)坍縮成了黑洞。

當(dāng)與光速相差10^-50m/s,過去10^29年,題主的動能已相當(dāng)于太陽那么大的正反物質(zhì)湮滅的能量。

當(dāng)與光速相差10^-64m/s,過去10^36年,宇宙中的質(zhì)子正在大量衰變,轉(zhuǎn)變成伽馬射線和輕子。此時題主身上可能出現(xiàn)的變化,已經(jīng)超出了我們所知的物理定律。

當(dāng)與光速相差10^-72m/s,過去了10^40年,宇宙中的所有質(zhì)子都已經(jīng)完成衰變,還剩下超大質(zhì)量黑洞,正在通過霍金輻射不斷蒸發(fā)。

而題主的動能,也已經(jīng)高到銀河系湮滅的總能量。題主已經(jīng)越來越接近宇宙奇點(diǎn)的狀態(tài)。

當(dāng)與光速相差10^-114m/s,過去了10^61年,題主釋放的能量已經(jīng)相當(dāng)于,可觀測宇宙的所有質(zhì)量湮滅釋放的總能量。

也就是,題主可能已經(jīng)相當(dāng)于奇點(diǎn)的狀態(tài),如果他發(fā)生大爆炸,極有可能會形成一個新的宇宙。

當(dāng)與光速相差10^-192m/s,過去了10^100年,宇宙中除了光子、輕子,以及少量的黑洞,已經(jīng)別無他物。

當(dāng)與光速相差10^-292m/s,過去了10^150年,所有黑洞都已經(jīng)蒸發(fā)完成,僅僅只剩下光子和輕子。

當(dāng)與光速相差10^-2000m/s,過去了10^1000年,宇宙完成熱寂,處于一片沒有任何能量起伏的死亡狀態(tài)。也有觀點(diǎn)認(rèn)為,宇宙最終會全部變成鐵。

此時題主的能量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類對真實(shí)宇宙總質(zhì)能預(yù)估的上限(10^23倍于可觀測宇宙大小)。

隨著題主繼續(xù)跑下去,將可以創(chuàng)造無數(shù)個宇宙。

但是無論你怎么堅持不懈地跑下去,你都不可能真正達(dá)到光速。

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