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1g的重力加速度持续加速,一年后就是光速,真的只是巧合吗?

看到有网友提出了一个问题,以1个g的加速度持续不断的加速一年,刚好约等于光速!而且地球环绕太阳也是万有引力的结果,似乎光速和引力之间存在某种特殊的联系,是不是发现了引力的秘密就能超越光速了?

1g加速度持续加速一年真的是光速吗?

加速度是一个物理概念,它描述的是体速度变化快慢的物理量,通常用a表示,单位则是m/s2表示,1g的加速度也就是9.8m/s2,其实用万有引力公式也可以将其推导出来,也就是地球的重力加速度!

加速一年又是多少时间呢?天文学意义上计算光年用的那个年指的是儒略年,它的时间长度是365.25天,每天86400秒,一个儒略年就是31,557,600秒,那么按9.8米/s2计算,一年后速度大约是309,264.48千米/秒,也就是差不多30万千米/秒!

确实有些超出种花家的预料,原本以为差距应该很大,结果居然相差那么小,如果当年傅科光速测出来是这个数字,估计也不会有人说大误差太大,毕竟相差真的只有3%,按当年的计时工具和测量技术来看,真心不错了!

那么光速真的和引力有关系吗?

牛顿在1687年出版的《自然科学的哲学原理》中首次发表万有引力定律,两个天体之间的引力它们的质量成正比,与之间距离的平方成反比,万有引力解释了天体的运动和地球上物体的自由落体运动,根据万有引力公式和牛顿第二运动定律,那么可以推导出重力加速度为:

从万有引力公式推导重力加速度

重力加速度与物体的质量无关,所以在没有阻力的情况下羽毛的下落速度和铁球的落下速度是一样的,它的存在剥夺了人类飞向宇宙的梦想!但牛顿设想和一种非常有趣的脱离地球引力的方式,因为地球是一个球体,沿着地球表面高速运动其实就在走圆周运动!

那么只要速度够快,圆周运动将会产生足够的“离心力”而让物体对抗重力,它将环绕地球运动而不至于落下!那么为什么地球的9.8米/秒的重力加速度加速一年就是光速呢?为何会如此接近?

重力加速度和光速有关系吗?

其实两者没有半毛钱关系,从上图公式中我们可以发现,重力加速度只和天体的质量与距离有关,只要距离再远一点,重力加速度就会小于9.8米/秒,甚至更小,但永远都不会变成零!不过这个重力加速度即使在地球上也会受到各种影响而出现变化!

万有引力会影响时空,那么它能让光速变慢吗?

这个问题牛顿力学无法回答,因为万有引力只对有质量的物体产生影响,如果该“物体”没有质量,那么牛顿力学就认为万有引力无法影响该物体!相信很多朋友都不满意了,毕竟质能方程告诉我们,有能量的物体就有质量,所以光具有能量,因此它也是有质量的“物体”,所以它会受到万有引力的影响!

当然这理解一点都没错,但质能方程已经是狭义相对论里推导出来的产物了,如果用能量=质量的方式来理解光在万有引力中的运动特性,那么也是成立的,万有引力能让光的路线发生改变,但它计算值和实际观测值有很大的差异!

因为要理解质量和时空的影响,万有引力是远远不够的,广义相对论才会比较透彻,质量对质量的不是吸引力,而是质量在弯曲时空后中的运动方式,在这个弯曲的时空中,我们所有能理解的方式,都会受到弯曲时空的影响,包括我们观测到的暗物质,甚至在广义相对论之后100多年才发现的暗能量!

只是暗能量的特性刚好和所谓的引力是反向的,引力会导致物体之间相互吸引,而暗能量则会将两者相互推离,尽管这样理解比较简单,但真正的原因是暗能量让空间膨胀,但科学家们只是观测到了现象,却还不知道事实背后的本质到底是什么引起。

既然引力影响了光,那么它能让光速变慢吗?

这是一个非常有趣的话题,惠勒总结的广相:质量告诉时空该如何弯曲,时空告诉质量该如何运动,很简洁的描述了质量在时空中的运动,而1919年的日食也验证了光在经过太阳周围时的弯曲!但他们都没有解决一个问题,光会在引力场中减速吗?因为我们知道引力能让物体停留在地球表面,只要引力够强,光也能这样吗?

1919年日是观测结果

似乎1916年时史瓦西就已经找到答案了,因为他从广义相对论中推导出了个绝对暗黑的天体:黑洞,它的成名绝技是即使是光也无法从黑洞的视界内逃逸,而在从远离黑洞到逐渐接近黑洞的过程中,光会产生红移,到极度红移,到红移到可见光波段外,最后连电磁波都被视界吞没。所以从理论上来看,它能将光速降低到零!当然这从万有引力的角度理解似乎没有错!但很明显这和光速不变的理论是相悖的!

如何理解视界内的光速呢?尽管我们无法知道视界内到底是个什么空间,但却可以推测一下,它应该是一个在所有方向都通向奇点的空间,光子进了视界后并没有降低速度,只是无论怎么走都只能走向奇点,这是一个比任何中国古代阵法都要厉害得多的封闭弯曲空间,只进不出!

所以,光速和重力加速度还是没有半毛钱关系!另外还有一个结论就是光速其实是无法超越的,也就是说如果用这种加速的方式,我们永远都没有机会达到光速!



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原文地址《 1g的重力加速度持续加速,一年后就是光速,真的只是巧合吗?》发布于2020-7-16
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