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在一光年长的密封水管中,从一头挤压,另一头能瞬间得到压力吗?

本文基于回答网友问题:假如有个密封管子有一光年长,里面都是水,没有空气,从一头挤压,另一头会瞬间得到压吗?

像这一类的问题已经回答过很多,什么一个30万公里直径的圆盘,一秒钟转一圈就超光速了;一根一光年长钢管中装满滚珠,这边撞一下那边滚珠就会掉下;一光年的棍子捅一下那头就会动,这个速度就远远超过光速了;在飞机上朝前丢一个苹果就超光速了;汽车、火车、飞机上往前射的灯光都超光速了,两束对射着靠近的光叠加就超过光速了等等。

这个题目更奇葩,随着这个想法,把一光年长的密封管子装满水,用小孩子打水仗的唧筒活塞往这头一挤,另一头就会瞬间得到压力,射出水来,如果那头有一颗星球,就可以在地球上输水过去浇菜啦。这么一挤要多久?1秒都不要吧,这个速度比光速大多少?

想得很美妙,现实很残酷。其实提出这种问题的朋友,既不了解光速,也不了解各种力的传递速度,比如声波、机械波、引力波等等,他们完全忽略了要做到能量信息传递,需要什么样的媒介,就凭空瞎想,以为就可以改写光速极限理论,创造一个非凡的理论了。

科学家经历几百年的观察发现和论证,已经证明了没有任何有静止质量的物体能够达到光速,一个质子也不行。狭义相对论认为,如果有静止质量的物体达到了光速,就会导致动能质量的无穷大。无穷大是什么?就是整个宇宙动能也不是无穷的,一个粒子的质量就超过了宇宙,这本身就是一个悖论。

其实光速常量每秒约30万千米,也是指真空中的传递速度,而在不同的介质中,传播速度不同。比如在冰中只为23万km/s,水中为22.5万km/s(千米/秒),酒精中为22万km/s,玻璃中为20万km/s。真空光速才是宇宙中最高速度,而且根据洛伦兹变换不能叠加。

这就是光速基本的性质,所以它会成为宇宙规律的一个常量,这个常量与质量、能量有着密切的关系,爱因斯坦由此发现了伟大的质能方程,即:E=mc^2。

这些理论都有严格的数理逻辑论证,也经历了百年检验。在大型强子对撞机里科学家把一个粒子加速到光速的0.999999%,物质运动随着无限接近光速,动能质量呈数量级上升,精确地验证了质增效应和质能关系。但不管使用多大能量,都无法让一个质子或电子达到光速。

电磁波本身就具有光的性质,就是可见光和不可见光的表现形式;引力波也是一种没有静止质量的引力子在传播,是质量摄动导致的时空涟漪。

水的压力波传输速度是也是能量信息的传递,原理是介质中的原子分子间隙的压缩力和振动力的传递,因此是一种机械波传递。声波也是机械波,因此机械波的传递速度就是声波的传递速度,声波在空气中传递速度约340m/s,在水中约为1500m/s。

这样,从一个密封管子一头挤压,其压力要传到另一头传递速度就是约1500m/s。1光年长度的管子约为9.46万亿千米,水压传递每年可以传递约4734万千米,压力从这头到那头约需行走20万年。

因此一光年长管另一头如果有人在等着这个压力传递过去的话,要等20万年。不过水压在长距离传输过程,经过与管壁、水分子吸收等衰减,不要说1光年尺度,就是光秒也不可能传递过去。而且根据万有引力原理,这个世界上不可能存在一根1光年长的管道,因为重力会把达到一定质量的物体收缩成一个球形。

其实如果这根密封的管子是钢管,在这头敲一下,理论上传到1光年以外的时间会比水压快多了,因为钢管的机械波传递速度约5000m/s,是水压传递速度的3倍多。不过同样也会受到能量衰减问题,传不了多远就泥牛入海悄无声息了,在1光年的那头,永远也无法感受到。

关于幻想着超光速的问题,已经回答过太多稀奇古怪的臆想了,如果这样简单地拍脑袋就可以否定相对论,那现在的爱因斯坦就多如牛毛了,反证我不愿做这牛毛中的一根,你愿意吗?感谢阅读,欢迎讨论。

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