老规矩,先说答案:不能。
下面具体分析一下为什么不能瞬间感应到。
在分析之前,感慨一下网络上有太多质疑相对论的声音,相对论中推导出了光速限制,表明光速是宇宙中的速度极限,但是不少人对相对论和光速限制并不认同,总是想方设法去质疑相对论,质疑光速限制。
尤其是有人总习惯于用各种假设试图否定光速限制,比如在光速飞船上奔跑,还有题目中所说的,推动一光年长的棍子。
其实不管是任何形式的超光速假设,最终都不成立,因为所有这些假设的本质其实都是基于牛顿经典力学体系,都是用我们的日常生活经验下的结论,而我们的日常生活经验完全以低速世界和绝对时空观为基础,这就注定了对超光速的设想一定会有很大的局限性。
就拿题目中所讲的“一光年长的棍子”来讲,且不说这么长的棍子是否能够存在,即便能存在,推动一端,另一端也不可能瞬间感应到。
有人可能会质疑:现实生活中我们推动棍子的一端,另一端不是能瞬间感受到吗?
看见了吗?这就是典型的“用经典和低速世界的思维去衡量相对时空和高速世界”,我们生活在地球这个狭小的范围内,平时经历的速度与光速相比几乎可以忽略不计,这也注定了我们的认知和感受一定会有很大的局限性和偏差。
先不说一光年的棍子,即便是一根现实中存在的普通棍子,比如说5米长的棍子,推动一端,另一端真的能瞬间感应到?甚至不花费任何时间?
当然,瞬间是肯定的,但“瞬间”只是人类的感受,仍旧要花费时间的,只是时间很短而已,我们根本感觉不到。
但是如果是一根一光年的棍子呢?还能瞬间感应到吗?当然不能,至少需要一年甚至更长时间才能感应到!下面具体分析一下为什么。
首先我们详细分析一下“推”这个动作,其实就是力的作用,到底是如何作用的呢?
高中物理课上我们都学过力的作用,经常会遇到比如说绝对光滑,没有任何阻力的平面,还有不会有任何变形的刚性物体等等。
当然,我们知道上述物理情况只是理想模型而已,现实中不可能存在。现实世界里,力在作用到一个物体上时,也不可能在没有任何延时的情况下从物体的一端传递到另一端。
为什么?
我们需要深入到微观世界去看一看。当我们推动棍子的一端,施加的力是如何传递到另一端的呢?
我们都知道,万物都是由分子和原子组成的,棍子也不例外。当我们的手触摸到棍子,实际上发生了什么呢?
我们会接触到组成棍子的原子,假如手接触到第一个原子,用力推,接下来第一原子就会推动第二个原子,然后是第二个原子......一直持续下去。
那么,原子之前到底是如何推动的呢?换句话讲,力在原子之间是如何传递的呢?是像两个玻璃球那样相互挤压吗?
并不是那样的。原子,远不像我们想象的那样,并不是实体的刚性球体,甚至恰恰相反,组成原子的绝大部分空间都是非常空旷的,只有在最中间才存在一个微小的“点”,你可以认为是“质点”,也就是原子核。
而原子核之外就是电子,即便是只有一个电子,也会弥漫在原子核外的整个空间里,也就是所谓的“电子云”。
电子云弥漫在原子核周围,就像是一团雾一样,如果这团雾与周围其他物体发生相互作用,传递信息,这团雾就会变成一个“小点”,也就是电子。如果没有发生相互作用,电子就一直呈现出“雾”的状态。
到这里,我们应该明白原子之间的力到底是如何传递的,就是因为原子外围的“两团雾”发生了相互作用,说白了就是相互排斥,传递了力的作用。当然,这里只是简单通俗的描述,具体过程是相当复杂的,这里就不详述了,我们普通吃瓜群众也没必要了解那么专业的东西。
但是我们可以稍微深入一点:电子之间为什么会出现“同性排斥”现象?两个电荷是如何传递力的?
大部分人只知道“同性排斥”,但并不知道到底是如何排斥的。当然,作为我们普通吃瓜群众来讲,了解同性排斥也就差不多了,不过这里还想更深入一步,讲述一下同性排斥背后的深层原因,毕竟了解多点当然是好事。
物理课上我们都学过,电荷周围都存在电场,而电场的方向决定了同性排斥异性吸引。
那些看不见摸不着的电场其实是真实存在的,当然电场并不能超时空瞬间感应,而是通过无数微小粒子传递排斥或者吸引的力,这些微小粒子就被称为电场的“量子”,它就是传递电磁力的粒子。
这些粒子到底是什么呢?说出来可能会吓到你,答案就是:光子!
也就是说,电磁力是由光子来传递的,可以理解为电磁场就是由光子构成的。当然我们也学过“光也是电磁波”,不过传递电磁力的光子与我们平时所见的光子并不是一回事。
具体来讲,传递电磁力的光子是“虚光子”,我们并不能直接观测到,就像是“虚无缥缈”的存在,随机衍生出来然后瞬间消失。而平时我们所讲的光子是能够观测到的。
但无论是虚光子还是实体光子,都遵循传递信息的速度上限,那就是光速。
而平时生活中我们接触到的力,除了引力之外,其实本质上都是电磁力,比如说推力,拉力,摩擦力,弹力,各种机械力等。由于电磁力依靠光子来传递,意味着力的传递速度有上限,这个上限就是光速。
说白了,两个电荷之间的斥力和引力传递是需要时间的,并不能瞬时传递。明白了这点,很容易想象到在我们推动棍子的时候,力的传递速度也不可能超过光速。
还有一个很多人不敢相信的事实,即便棍子本身是刚体,不会有任何变形,你推动棍子一端,另一端也不可能瞬间感应到。因为不管是不是刚体,都无法改变力的传递速度无法超过光速,电磁力都要依靠光子来传播。
实际上,也只有棍子是刚体时,力的传播速度才能达到光速。而现实中并没有刚体的存在,任何物体都“富有弹性”,如此一来,力的传递速度一定会比光速要慢,而且要慢很多。
其实科学家们早就做过这方面的实验,结果和预测的一样:当我们推动一个物体时,力在该物体的传播速度与声音在物体内的传播速度是完全一样的!
反过来想一想,其实这个结果太正常了:声音就是振动,而振动也就是力。声音在钢材里的传播速度约为每秒5.2千米,那么如果你推动一个钢材棍子,推力的传播速度也是每秒5.2千米,这个速度与光速相比实在太小了!
如果这根棍子有一光年长,你推动其中一端,推力按照每秒5.2千米的速度传递,需要多长时间传递到另一端?
自己算吧!
完!