作者: jfsu (水精靈)
標題: Re: [問卦] 光速恆定 是真的嗎?
時間: Thu Sep 5 13:40:14 2019
※ 引述《a111111 看板: Gossiping》之銘言：
: 光速恆定
: 可是如果我拿�M手電筒跑步
: 光速+我的速度>光速 這樣的式子為何不成立?
: 有沒有八卦?
: --
底下有篇回覆蠻不錯的，我在補充一下。印象中，這個算是月經題了。
[m為何會說『光速就是極限』，底下我們只討論一條非常著名的公式，各位只要貢獻
一點點的想像力即可。
關於超越光速的問題，像是在電影《星際大戰》中，千年鷹號為了逃離銀河帝國的戰艦
追擊，躍入超空間(hyperspace)；小時候的[1;31m楊威利[m第一次遇到瓦普跳躍飛行（超空間
跳躍航行）的時候，身體極度不適，又吐又發燒的...等等，這些超越光速的題材，
不管在小說、電影、動畫...都不勝枚舉。
隨著近代物理的發展，物理學家才開始對它投以關愛的眼神。
根據[1;35m牛頓的理論[m，光速就是光速，沒有什麼特別，[1;35m要超越光速絕對辦得到[m。只要你
跑得跟光一樣快，光在你眼前就是靜止。不過，並沒有人看過光完全靜止，
傳統的牛頓理論在此是說不通的。
[m愛因斯坦在電磁大師馬克士威的理論中發現，[1;32m光速是常數[m。不管你是向著它、背著它
移動，它都以同樣的速度前進。這樣一來，牛頓力學將完全崩潰，因為在他的理論中，
你在地球上的時間、長度與在其他星球的都完全一樣，這也表示在光速不變的情況下，
時間與空間必須產生難以想像的扭曲。
但是根據愛因斯坦的觀點，在[1;36m加速前進的太空船裡，時間流動會變慢，船內的空間會[m
[1;36m遭到壓縮[m。假設你站在地球上、可以透過望遠鏡看到太空船內部，你會發現，裡頭的
時間變慢了，船員的行動變得跟烏龜一樣緩慢，身體也變得跟扁魚一樣扁平。
如果可以的話，要是太空船以光速前進，內部的時間將會停止、太空船會一直壓扁到
消失不見，質量則會膨脹到無限大！
你會想說，夭壽喂∼這種情況怎麼會花生？？！！是啊，也就是如此，愛因斯坦才說
要突破[1;31m光障[m(light barrier)是不可能的！如同[1;33m二次元宅宅與三次元現充總是存在不可[m
[1;33m交流的[31m次元之壁[m一樣。
ps.物體移動越快，重量越重，表示移動的能量轉換成質量，你可以透過E=MC^2來知道
有多少能量轉換成質量。
[m目前火箭最快只能達到40,000mph(64,000km/h)，光障還構不成問題。等到科學家開始
考慮要拜訪離我們最近的恆星系（半人馬座α星(Alpha Centauri)，距離約四光年，
如果使用傳統的化學推進火箭，大概要[1;32m七萬年[m才能抵達！），他們得正視光障的問題。
[m後來愛因斯坦提出了比狹義相對論更強大的武器：[1;31m廣義相對論[m，換一個字，當然差很多。
根據廣義相對論，時空就像西索的念能力『[1;36m伸縮自如的愛[m』一樣，能縮能伸；
在特定情況下，這塊布可以延伸得比光還快！狹義相對論只能適用於局部地區，如太陽系
；要是考慮整個宇宙，就必須改用廣義相對論！
根據廣義相對論，要超越光速有底下的兩種方法：
1.[1;31m延展空間[m:簡而言之，就是將我們背後的空間一直延伸直到接觸我們前面的空間。
你可能根本沒有移動，只是藉著扭曲空間，來抵達遙遠的星系。原po
所說的阿庫別瑞引擎(Alcubuerre Drive)就是最好的例子。
2.[1;31m撕裂空間[m:首先我們先在一張紙上畫上兩個點，經驗告訴我們，兩點間最短距離就是
一直線；然而，這未必正確。如果將紙對折，讓這兩個點相交，他們
之間最短的距離就不是直線囉，而是所謂的[1;31m蟲洞(Wormhole)。[m
最後，雖然著名的[1;31m邁克森-莫立實驗[m(Michelson-Morley Experiment)證明了光速不變，
但愛因斯坦提出光速不變原理並不全是基於該實驗結果，而是當時已經發展成熟的
電磁理論提出的必要假設。
19世紀末期，從[1;35m牛頓力學[m、[1;33m熱力學和統計力學[m到[1;32m馬克士威電磁理論[m，形成了經典物理學
(或稱為古典物理學)大廈的三本柱。當時，英國著名的物理學家克耳文爵士在英國皇家
研究所的新年慶祝會上，發表了一篇名為[1;36m《在熱和光動力理論上空的十九世紀烏雲》[m
（Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light）
的演講。他認為今後物理學家只要替大廈的外觀做些補強的工作，使它更加完美即可，
只不過「動力理論主張熱和光都是運動的方式，現在這個理論的優美性和清晰性，
正被兩朵烏雲所籠罩。」
這兩朵烏雲分別指的是經典物理在[1;31m光以太[m和[1;31m馬克士威-波茲曼能量均分學說[m上遇到的
難題，它們帶來了一場前所未有的狂風暴雨，從根基上動搖了這座大廈，完全顛覆對
經典物理理論的認知，最後分別誕生出相對論和量子力學。
大家都知道，水波的傳播需要有水做媒介，聲波的傳播則是需要空氣做媒介，可是，
地球離太陽一億五千萬公里，這之間既無水也無空氣，在這近乎真空的環境，太陽光
[m靠什麼來傳播？
於是物理學家就給光找了個傳播介質：「[1;31m以太[m」，這個詞是源自於古希臘，原意是
高空，亞里斯多德認為下界為水、火、土、氣四個元素所組成，上界加第五元素，
以太(ether)」，即是一種媒介物質。1664年，笛卡兒(R.Descartes)首先將它用於
科學，說天體或其他物體間的作用就靠它。
牛頓發現萬有引力之後，碰到了第一個難題：在宇宙真空中，引力是由什麼介質傳播？
為了能有一個解釋，他只好採用笛卡兒的說法，認為[1;33m以太是宇宙真空引力傳播的介質。[m
如此一來，許多難題迎刃而解，法拉第的電磁力離不開它，麥克斯韋證明光也是一種
電磁波，當然光的傳播也要靠它。更重要的是，以太的存在正好說明牛頓的絕對
時空觀，它是[1;32m一個絕對靜止的參考系[m，地球、太陽等一切運動都相對於它而進行。
「笛卡兒所設想的以太是一種作漩渦運動、球形的無重物質，充滿了整個宇宙」，
當德國物理學家[1;31m麥古拉[m指著天空侃侃而談時，對黏性流體的運動十分感與趣的
英國物理學家[1;31m斯拖克斯[m(George Stokes)說：
「啊，好像瀝青似的。」
「我看倒有點像蠟。」克耳文說。
「真像[1;35m伸縮自在的愛[m。」幻影旅團4號成員舔舔嘴唇緊接著說。
[m我們不禁哄堂大笑，同樣的一種以太，每個人卻有不同的感覺。
麥古拉連忙放下手臂，他覺得[1;36m以太就是以太，不是瀝青，也不是蠟，更不是念能力。[m
由於以太涉及的範圍太廣，加上沒有實驗可做為依據，許多物理學家都參與其中，
提出不少研究以太的理論，逐漸變成物理學界中的顯學，甚至最後以太成為啥都能解決
的萬能藥，幾乎可以媲美上帝。
1884年，克耳文到美國來作一場科學報告。會後一群人擠在他身邊，想聽聽他對於以太
的研究。湯姆生說：「雖然以太解決了不少問題，但新的問題又接踵而來：以太代表了
一個絕對靜止的參考系，而地球穿過以太在空間中繞日運行，如同一艘船在高速行駛，
迎面會有一股強烈的『[1;31m乙太風』[m不斷吹來，同時也會對光的傳播造成影響。誰能用
實驗證明了這股風的存在也就證明了以太的存在！」
這時在場的人群裡有一名[1;33m覺醒青年[m，聽到這位物理大師的開示心中不由一怔，決定
投入更多的熱情在這個問題上。
這位青年就是邁克森，兩歲時父母帶著他自波蘭過鹹水到美國來謀生。17歲時他考進
安那波利斯海軍學院，畢業後到柏林、巴黎等地留學了兩年，然後又重返美國
[m1879年，馬克士威寫信向美國航海年曆局的托德，討論測定地球相對於以太的速度
問題。他在信中認為，由於量測精確度的限制，目前所有測量光速的方式都不足以
證明檢驗地球的絕對速度。邁克森得知之後，立即著手設計一台可以測定微小長度、
折射率和光波波長的干涉儀(後來被稱「[1;35m邁克森干涉儀[m」)來進行這個最困難的實驗。
ps.實驗的簡圖在教科書都有，此就不附上了。如果存在地球與以太的相對速度，
藉由測試兩束互相垂直的光的傳播速率會有微小的差別。
1881年，邁克森首次測量，卻是 [1;32m404 not found[m，拍謝，是「零結果」。1884年，
在克耳文的鼓勵之下，邁克森與另一位科學家[1;31m莫立[m(Morley)合作，改進了實驗裝置，
精確度達到40億分之1。1887年，邁克森重複了6年前的實驗，但得出的結果仍是
否定的。
這告訴我們，地球相對於以太的運動並不存在，或者說以太本身就是一個子虛烏有
的東西。邁克森，本來是想以精確的實驗為以太的存在提供證據，但卻適得其反，
[1;36m真的很會[m。
ps.嚴格來說，單憑這點並不足以斷定以太是不存在，這[1;33m只是證明了乙太風不存在[m。
愛因斯坦證明以太存在與否其實並無關緊要，認為可有可無。根據[1;31m奧坎剃刀[m
(Occam's Razor)原則，物理學家便從此不提以太了。這是後話。
這項實驗結果一宣佈立即在物理學界引起一場軒然大波，本來萬里無雲的藍天上突然
[m出現了一朵烏雲。因為一旦放棄這個曾經可以解釋許多光電磁現象的以太說，那
牛頓力學的絕對時空觀將要從根本上動搖，經典物理學的大廈突然出現了裂縫！
為了挽救以太，1889年英國物理學家[1;31m斐茲傑[m(George FitzGerald)、1892年荷蘭物理
學家[1;31m洛倫茲[m(Hendrik Antoon Lorentz0分別提出了物體在以太風中運動、長度收縮
的假設。
雖然這個假設讓以太說得以殘存，猶如[1;32m風中蟾蜍[m。但現實的風向已經改變了，
最終當「相對論」提出後，以太的概念從此就銷聲匿跡了......退出江湖、自暴自棄、
偷搶拐騙.... 。
以上
Reference
1.Wiki
2.科學五千年
3.不可能的物理學
4.量子物理史話
5.雅量
--
對流血一週仍然不死的生物千萬不能大意……。
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 203.66.222.12 (臺灣)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Gossiping/M.1567662018.A.997.html
[1;37m推 [33maJan5566[m[33m: 恩恩 跟我想的一樣 [m 60.249.180.239 09/05 13:42
[1;31m噓 [33mspace20021[m[33m: 廣相整段都在胡扯 [m 208.54.80.223 09/05 13:43
[1;37m推 [33msky781125[m[33m: 跟我想的一樣 [m 23.115.197.7 09/05 13:44
[1;37m推 [33mkps1247[m[33m: 跟我想的差不多 [m 49.216.24.213 09/05 13:44
[1;37m推 [33mkamisun[m[33m: 當理論對上定律，相對論對牛頓運動定律 [m 36.227.61.72 09/05 13:45
[1;31m→ [33mkps1247[m[33m: 不過千萬不要讓薩諾斯拿到以太 [m 49.216.24.213 09/05 13:45
[1;31m→ [33mkamisun[m[33m: 會贏的是理論而不是定律 [m 36.227.61.72 09/05 13:45
[1;31m→ [33mvowpool[m[33m: 乙太就像肥宅女朋友一樣 [m 61.219.228.72 09/05 13:46
[1;37m推 [33mnmchen[m[33m: 本來就是這樣，這種事情還用得著你來說嗎 [m 45.64.243.59 09/05 13:47
[1;37m推 [33ma2654133[m[33m: 推水精靈 但是問題好像還沒解答..... [m 180.217.252.37 09/05 13:53
[1;37m推 [33mi9100[m[33m: 為什麼你要認真回文組的問題 [m 61.220.40.61 09/05 13:55
[1;37m推 [33mbebehome[m[33m: 優文 [m125.227.169.174 09/05 14:03
[1;37m推 [33mbillionaire[m[33m: https://youtu.be/6SkbNlWMG5w [m 115.82.131.73 09/05 14:04
[1;37m推 [33mmstar[m[33m: 推《量子物理史話 上帝擲骰子嗎？》 [m 27.105.34.168 09/05 14:05
[1;37m推 [33myw1002[m[33m: 讚 喜歡讀水精靈的文章 [m 118.168.53.251 09/05 14:06
[1;37m推 [33mzero11995[m[33m: 讚 [m 223.137.91.79 09/05 14:12
[1;37m推 [33mpolo888362[m[33m: 這時間點發文有點可惜了，優文給推 [m 49.215.195.251 09/05 14:18
[1;37m推 [33mroyhu[m[33m: 推水精靈 [m114.136.131.240 09/05 14:19
[1;37m推 [33mLuckyBee[m[33m: 嗯嗯 [m 182.251.23.157 09/05 14:19
[1;37m推 [33mlinkin8288[m[33m: u文 [m 101.13.146.160 09/05 14:20
[1;37m推 [33mya50020[m[33m: 大概是這樣沒錯 [m 117.19.212.225 09/05 14:20
[1;37m推 [33mching620[m[33m: 水精靈必推 [m 219.91.33.38 09/05 14:24
[1;37m推 [33mi985ha0[m[33m: 推 [m 101.13.152.165 09/05 14:25
[1;37m推 [33mSoodesu[m[33m: 那以太是靜止不動的還是會移動的? [m 163.32.125.169 09/05 14:26
[1;37m推 [33myoshiki0708[m[33m: 水精靈推，但有點看不懂 [m 101.12.29.40 09/05 14:33
[1;37m推 [33mmithuang[m[33m: 難怪乙太幣跌那麼慘 [m 42.75.246.148 09/05 14:36
[1;31m→ [33mbarber[m[33m: 推 [m 60.249.136.57 09/05 14:38
[1;31m→ [33mGTR12534[m[33m: 再啦 [m 101.9.24.220 09/05 14:39
[1;37m推 [33mrong1994[m[33m: 想要嗎？我有貨 [m 39.8.160.22 09/05 14:43
[1;37m推 [33mmucoci[m[33m: 最愛你的科普了 [m 111.255.100.84 09/05 14:44
[1;37m推 [33mHAHAHUNG[m[33m: 水精靈必推 [m 111.82.247.20 09/05 14:47
[1;37m推 [33msilvergod[m[33m: 水精靈必推 [m 114.136.222.46 09/05 14:48
[1;37m推 [33mgreat660i101[m[33m: 恩恩 差不多就是這樣！ [m 39.9.99.253 09/05 14:56
[1;37m推 [33mnamirei[m[33m: 推 提供正確知識 但篇幅不足啊 [m 114.40.243.59 09/05 15:02
[1;37m推 [33mdavid77321[m[33m: 水精靈推推 [m 42.77.152.34 09/05 15:02
[1;37m推 [33ma93011abc[m[33m: 推 [m223.136.168.168 09/05 15:04
[1;37m推 [33mopeminbod001[m[33m: 讚讚 [m 101.15.140.191 09/05 15:05
[1;37m推 [33mRollDa[m[33m: 推 [m 42.74.143.95 09/05 15:08
[1;37m推 [33mopenball[m[33m: 推 [m 118.163.63.25 09/05 15:14
[1;37m推 [33mQorqios[m[33m: wwww [m 36.230.17.177 09/05 15:14
[1;37m推 [33mmenshuei[m[33m: 對啊，我就說馬，果然有方法超越光速。 [m 223.136.44.80 09/05 15:21
[1;37m推 [33mEriccws[m[33m: 跑得跟光一樣快眼前會一片黑嗎 [m 111.71.84.112 09/05 15:26
[1;37m推 [33mjs104[m[33m: 百推內 [m220.138.154.248 09/05 15:33
[1;37m推 [33mstrangelife[m[33m: 推水精靈 [m 49.214.180.205 09/05 15:39
[1;37m推 [33mnedetdo[m[33m: 叫他們背起來 [m 1.168.220.154 09/05 15:40
[1;37m推 [33mkeyman2[m[33m: 老闆叫我上班不要發呆,淦..我明明在沉思 [m 118.161.200.47 09/05 15:47
[1;37m推 [33mJonny5[m[33m: 推 [m 125.227.225.18 09/05 15:52
[1;37m推 [33mHaHaNice[m[33m: 太讚 [m114.137.148.104 09/05 16:02
[1;37m推 [33mjohnruby[m[33m: 西索去廁所辣 [m 1.162.165.115 09/05 16:06
[1;37m推 [33mDoraGian[m[33m: 在廁所推 [m 60.251.198.97 09/05 16:06
[1;37m推 [33mnewland[m[33m: 推個 [m 117.19.191.75 09/05 16:09
[1;37m推 [33mFAUST25[m[33m: 跟我想的一樣 嗯 嗯 [m 180.217.193.44 09/05 16:11
[1;37m推 [33mWindSucker[m[33m: ˋ [m223.136.221.231 09/05 16:11
[1;37m推 [33mminipc[m[33m: 娜塔麗波曼身體裡就有以太 [m 27.247.45.140 09/05 16:17
[1;37m推 [33mnpc776[m[33m: ref.雅量 (噴茶 [m 59.124.84.49 09/05 16:18
[1;37m推 [33mronbaker[m[33m: 科普大神 [m 220.136.22.68 09/05 16:19
[1;37m推 [33mwangm4a1[m[33m: 推 [m 220.135.185.48 09/05 16:21
[1;37m推 [33mearnformoney[m[33m: 快推 不然別人會發現我們不懂 [m 118.166.6.132 09/05 16:27
[1;37m推 [33mDacamiya[m[33m: 優文推推 [m 101.9.141.65 09/05 16:28
[1;37m推 [33mmarderly[m[33m: 推 [m 220.128.251.2 09/05 16:30
[1;37m推 [33mkoukai2[m[33m: 推推推 [m 211.21.114.188 09/05 16:33
[1;37m推 [33msharkimage[m[33m: 推 [m114.137.123.128 09/05 16:38
[1;37m推 [33mpiggywoody[m[33m: 感謝科普 [m 110.28.102.140 09/05 16:41
[1;37m推 [33mgeq24680[m[33m: 推 [m 223.138.4.197 09/05 16:52
[1;37m推 [33mmuscidae[m[33m: 加速前進的太空船裡，時間流動會變慢 [m 140.120.104.77 09/05 16:54
[1;31m→ [33mmuscidae[m[33m: 那等速、或減速前進的呢？ [m 140.120.104.77 09/05 16:55
[1;37m推 [33mwadeabc[m[33m: 推~暫時不仇女 [m 1.165.139.35 09/05 16:58
[1;37m推 [33mxhung[m[33m: 推!!! [m 42.73.127.24 09/05 17:03
[1;37m推 [33mwwndbk[m[33m: 推推 [m 223.136.1.135 09/05 17:05
[1;37m推 [33mlegendd[m[33m: 讚 [m 110.26.96.184 09/05 17:05
[1;37m推 [33mCiCha[m[33m: 推 [m 27.242.128.254 09/05 17:08
[1;31m→ [33mzxxbbsex[m[33m: 會不會過幾年發現愛因斯坦是數學嘴砲仔 [m 101.10.8.21 09/05 17:17
[1;37m推 [33mtiara[m[33m: 哇！這種好文竟然被淹沒... [m 39.11.67.54 09/05 17:29
[1;31m噓 [33mhylio7754[m[33m: 所以能比光快 但是光要怎麼變快 [m 49.216.3.68 09/05 17:41
[1;37m推 [33mzillzill[m[33m: 推 [m 42.73.249.200 09/05 17:44
[1;37m推 [33mhugh092121[m[33m: 文獻484少了夯踏夯踏 [m 1.167.50.15 09/05 17:50
[1;37m推 [33mEggAcme[m[33m: 推 [m 36.233.13.185 09/05 18:00
[1;31m→ [33myuiweq1999[m[33m: 水精靈必推 [m223.140.167.234 09/05 18:18
[1;37m推 [33mwillborn[m[33m: 推 [m 110.28.224.43 09/05 18:28
[1;37m推 [33mhswhy[m[33m: 推 [m223.139.208.252 09/05 18:28
[1;37m推 [33mkevin926[m[33m: 所以為什麼無法成立 [m 111.71.0.103 09/05 18:37
[1;37m推 [33mEiwy[m[33m: 感覺後文對不到前文... [m 2.247.244.250 09/05 18:40
[1;37m推 [33mzeldalink[m[33m: 好文∼ [m 118.233.70.34 09/05 18:51
[1;37m推 [33mstw0975[m[33m: 推 [m 114.47.125.79 09/05 18:57
[1;37m推 [33mLiaoooSave1[m[33m: 推 [m 110.92.19.43 09/05 19:00
[1;37m推 [33myellow5[m[33m: 解釋得很有趣 [m 111.253.1.111 09/05 19:09
[1;37m推 [33menskyzuso[m[33m: 一種以太 各自表述 [m 42.77.24.75 09/05 19:20
[1;37m推 [33maq200aq[m[33m: 推 [m 223.139.64.195 09/05 19:36
[1;37m推 [33mnewhan[m[33m: https://youtu.be/nd8ruQA0X4Q 因為它是宇 [m114.136.193.248 09/05 19:46
[1;31m→ [33mnewhan[m[33m: 宙「因果傳遞」的上限，是無質量粒子的速 [m114.136.193.248 09/05 19:46
[1;31m→ [33mnewhan[m[33m: 度，例如光子，引力波也是這個速度 [m114.136.193.248 09/05 19:46
[1;37m推 [33mfaxy[m[33m: [m 36.232.231.19 09/05 19:50
[1;37m推 [33miamfinal[m[33m: 物理人推 [m 114.136.232.46 09/05 20:01
[1;37m推 [33mabb123456[m[33m: 推 [m 223.136.19.14 09/05 20:15
[1;37m推 [33mnutrino[m[33m: 推 [m 218.173.45.212 09/05 20:57
[1;37m推 [33meugenehsu[m[33m: 推 [m 114.35.208.19 09/05 22:01
[1;37m推 [33meggbird[m[33m: 推 [m 114.47.43.245 09/05 22:47
[1;37m推 [33mreexamor[m[33m: 文不對題 而且好像有po過類似內容惹 [m 114.32.200.132 09/06 00:11
[1;31m噓 [33mgardenex[m[33m: 噓Stokes 害我一直背他的方程式 [m220.137.110.101 09/06 00:29
[1;37m推 [33mashura1234[m[33m: 推 [m 107.220.69.28 09/06 06:16
[1;37m推 [33mmolk[m[33m: 推 [m 49.216.10.23 09/06 08:12
[1;37m推 [33mtinderbox[m[33m: 5雅量 XDDD [m 39.11.101.6 09/06 09:39
[1;37m推 [33mbcmaple[m[33m: 嗯 大致上跟我想的一樣 [m 59.120.83.224 09/06 10:13
[1;37m推 [33mbardah2c[m[33m: 認真給推 [m 101.13.216.107 09/06 10:20
[1;37m推 [33ma27938686[m[33m: 會不會以後發現暗能量也跟以太一樣不存 [m 175.34.221.210 09/07 17:10
[1;31m→ [33ma27938686[m[33m: 在 [m 175.34.221.210 09/07 17:10
[1;37m推 [33mty502502[m[33m: 水精靈喔喔喔喔 [m 110.28.72.247 09/07 17:43
[1;31m→ [33mbal3[m[33m: 跟我想的差不多XDXD [m 220.143.49.159 09/08 04:50
[1;37m推 [33msunnyx[m[33m: 推 簡潔有力 光速真的是很難科普到很有趣 [m 223.139.30.190 09/23 18:57
沒有留言:
張貼留言
1. 無g-mail帳號：選「名稱/網址」，名稱欄填上暱稱，網址欄空白不管~
2. 有g-mail帳號：留言框右下角的「通知我」，就會收到mail通知啦\(^▽^)/