合聚咖

合聚咖

力的传输速度有多少,能不能超越光速

admin

力的传递是有速度的,速度和传递介质有关,但绝对不会超过光速。下面的彩色部分显示了力的传递。下面我就从四种基本力入手,详细说明每种力的传播速度。

1.四种基本力量

众所周知,物理学的最终目标是统一四种基本力:电磁力、强相互作用力、弱相互作用力和重力,如下图所示。在四种基本力中,重力和电磁力与我们的日常生活直接相关。

相比之下,我们发现日常生活中接触到的力量都很小。特别是重力,是四种基本力中最小的。但这两种力都是远程力,作用距离可以无限大。

2.强弱力的传播速度

强弱力存在于粒子能级的尺度范围内,我们对于人类的感知是感觉不到的。在这个微观领域里,都是以粒子的形式存在,粒子之间有间隙,没有任何物质,或者我们可以认为这次空袭是真空状态。

因为强弱力的作用范围很小,在1e-15m以下,我们把这种力称为近程力。讨论短程力的传播速度是没有意义的。

3.重力传播速度

虽然引力的性质仍有争议,但引力传播的速度是公认的,即光速。爱因斯坦对引力的解释是合理的。引力是大质量物体造成的时空扭曲。红色天体会“弯曲”周围空间,产生空间梯度。引力是这个空间中的梯度力,使球可以绕红色天体旋转。

当然并没有说明重力的速度,因为它无法测量。大红色天体已经存在于这个位置,空间已经扭曲了。从观察角度来说,不改变空间是不可能测量的。但是仔细观察球的运动,它也有质量,也会造成空间扭曲。只是球太轻,扭曲效果不明显。

如果连一个大天体都互相自转会怎样?如上图所示,这两个大天体造成的空间扭曲基本相同。在不断旋转的情况下,就像是水平跳动一样,空间扭曲的波纹会层层铺开,这就是所谓的引力波。引力波向外传播的速度,也就是重力传播的速度。这个千变万化的空间,仿佛空间在不断的挤压和扩张,会在不同的时间改变同一个物体的长度。

4.电磁力的传播速度

电磁力是与我们密切相关的基本力,其传播速度与传播介质有关,在学术上以应力波为代表。应力波的大小与介质的弹性模量e和密度有关。弹性模量越大,波速越大。所以在理想状态下,刚体的弹性模量是无穷大,所以刚体的应力波速度是无穷大。电磁力的传播之所以需要时间,是因为传播介质需要响应时间。介质的弹性模量是衡量物体刚度的参数。弹性模量和刚度越大,变形的可能性越小,这意味着材料的响应时间越短。由于刚性小的物体容易变形,介质内部的变形减缓了力的传播速度。下图直接显示了应力波的传播路径。

5.摘要

在四种基本力中,讨论短程力的传播速度没有太大的实际意义。重力的传播速度就是应力波的速度,也就是光速。电磁力的传播速度与介质有关。弹性模量越大,介质密度越小,传播速度越快。