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【活动】力的作用能超过光速吗?
送交者: wagen[♂☆★声望品衔8★☆♂] 于 2022-01-06 10:52 已读 25071 次 5 赞  

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  为响应班班的发起活动,受去年最后一天本人分享的一位知友老董的原创贴文【引力的传播速度】激发,也上一篇与大家交流交流这个话题,供大家在茶余饭后活动一下脑子,把您曾经呕心沥血学过的一些知识再次反刍一下。 6park.com

  如果我问大家这个问题,“力的作用能超过光速吗?”估计大部分人都会立即给出否定的答复。其理由是:引力作用超过光速违反【光速不变原理】,牛顿万有引力定律的超距作用是错误的。而老董在他的贴文中絮絮叨叨的叙述了一大通,还给出了一些计算数据,希望说明引力作用其实可能是超光速的,至少是远大于光速的。在此我希望大家仔细想一想,如果引力超光速是否违反光速不变原理呢? 6park.com

  这里我希望大家跳出管窥蠡测的狭隘思维模式,认真思考一下这个光速不变原理!就一定会发现,这个侠义相对论赖以生存的原理真的限制了力的超距作用了吗?更一般的,它明确限制了力的作用速度了吗?我的观点是,并没有!因为原理讲的只是物体(质量)或能量(包括其承载的信息)的运动速度不可能超过真空中的光速(即使是静止质量为零的光子运动中也是有质量的),但力的作用属于这个能量传递的范畴吗?表面看起来,力的作用一般会伴随能量的运动,似乎看来力的作用是不可能超光速的。其实,光速不变原理只是限制了能量传递的速度而已,如果不涉及能量的传递应该就不会受到光速的限制,例如量子纠缠的远距传输。那么力必定会受到光速不变原理的限制吗?力这个概念与能量这个概念是完全同一的吗?试想,是否存在某种力的跨距作用但是无需传递能量的物理事实呢? 6park.com

  首先,我们来分析一下“力到底是什么”这个到今天都仍然十分混沌的概念,当然在此我们并未想彻底把这个概念搞得清清楚楚,但稍微深入一点思考一下还是可以的。按照传统的观念,力是物体间的相互作用,这是一个最为通用的关于力的概念。其最直接的情况就是两个物体相互接触而产生的作用,例如我们对一块金属块施压而造成金属块的变形。不难想象,这种产生于接触相互作用的力必然涉及一个能量在受力物体中的传递过程,因此我们可以断言,这类作用的力是不可能超过光速而传递的。但是力的作用只有这种接触性的吗?显然不是,还有一些是非接触而产生的力的作用的。例如一个处于恒定且匀强的磁场中的自由电荷,它不停的作圆周运动,但由于它受到的洛伦兹力与它的运动方向垂直,在力的方向上没有做任何功,因此这个力就是一个不传递能量的力。还有就是熵力,例如由荷兰阿姆斯特丹大学的Erick Verlinde教授提出的引力的熵力模型。如果两个物体相对静止,那么这种熵力型的引力在没有做功的情况下也确实产生着力的作用。显然这类力与接触力是有明显不同的,它们产生着作用但与能量的传递无关,而不像接触力,力的作用始终与一个能量的变化紧密相关,同生同灭。 6park.com

  结果我们可以归纳:力,除了物体间相互作用的一类以外,还有一类不是产生于直接的相互作用,而是产生于相互之间的一种关系,这种关系是一种互为因果的关系,而接触力是一种有因有果的简单因果关系。这两种不同的因果关系带来了力的作用与能量传递之间的不同关系。磁场中受洛伦兹力作圆周运动的自由电荷,是电场与磁场间互为因果的关系决定的力作用,熵力是两个物体因为具有熵的差异和熵增原理而构成的互为因果的关系决定的力作用。因此它们都可以在不传递能量的情况下显示着力的作用(当然,它们既然也是力,有时也可以传递能量的)。现在我想问大家的是,这种不带能量传递的力作用也会受到光速不变原理的限制吗?更直接的,引力是否真像老董认为的,是一种可以超距作用至少是速度远大于光速的作用吗? 6park.com

  最后以一个困惑的提出来结束我响应班班活动的此篇。 6park.com

  我们知道,太阳提供给系内行星们的向心力正如开普勒第二定律指出的,是一个动量守恒的体系。也就是说,太阳引力并未对行星提供额外的动量,这种情况与磁场中的自由电荷相似。如果引力作用是光速的,那么我们的太阳系能是稳定的吗?我们知道,光速从太阳到达地球具有8分13秒的延迟,海王星则具有240分钟的延迟。如果引力也是这种延迟作用的话,可能行星们就很难稳定的保持在现有的轨道上了,或者说,牛顿万有引力的平方反比律就无法维持。假设行星,例如海王星,受到小行星的撞击(这并非小概率事件),结果行星就会产生一个偏离原来轨道的动量。如果我们按照牛顿万有引力的表述,海王星与太阳之间的引力作用在两者重心的连线上。由于小行星撞击造成了一定的偏离,偏离了与太阳间原来的连线,也就偏离了原来海王星的运行轨道。由于有240分钟的延迟,那么此时海王星的运行轨迹将是在没有太阳引力作用(太阳针对于此的修正引力需要240分钟后才能到达)下由原来的惯性和小行星撞击的动量所决定的方向运动,显然这个新的运动方向是偏离轨道的。一般而言,行星离开太阳越远,被小行星撞击的力道越大,这种偏离得不到及时修正的情况就会越严重,在太阳系五十亿年的生命中这种偏离事件应该发生过无数次。大家帮我想想看,如果引力以光速传播,太阳系能维持它的稳定吗?行星们的轨道应该变动频繁,由于小行星的撞击方向的不确定性、行星自身的喷发方向的不确定性等因素,开普勒三定律应该是难以保障的,也就无法在物理学体系中成为定律了。 6park.com

  如果引力像牛顿认为的那样,至少像老董认为的那样,是超距作用的,那么行星的这种偏离就会立即得到太阳引力的修正,使之稳定的运行在一个新的绕日轨道上而不会飞出太阳系。 6park.com

  其实,在我个人的认知中,万有引力是一种包含两种作用方式于一身的作用方式。引力既有按照光速传播的一面也有超距作用的一面。或者说,引力作用是超距的,但引力场的变化是光速的。至于我为何会得出这样的判断,由于篇幅,在此就不说了,以后找时间看看 6park.com

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贴主:wagen于2022_01_06 20:32:44编辑
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贴主:wagen于2022_01_06 20:38:08编辑
贴主:wagen于2022_01_06 21:21:42编辑
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