科学探索|运动的物体质量增加，从而使得物体无法达到光速？
导读：运动的物体质量增加 ， 从而使得物体无法达到光速？以下3个回答 ， 让你深刻理解这个问题 。
1、之前的几期文章中 ， 我们多次谈到三个效应 ， 运动物体的“长度收缩”、“时间膨胀”、“质量变大” 。 其中前面2个我们都已经量化的给出了公式 ， 并举例计算出了效应的具体数值 ， 今天我们来质量变大如何计算 。
还是要说点 ， 质量变大这个效应 ， 是相对于参考系而已 。 比如一根钢管地面上静止 ， 你去测量发现质量是：1kg 。 当这根钢管以1/2c速度远离你时 ， 你会发现 ， 这根钢管质量变成100kg了 ， 这就是质量变大效应 。 但是当你把钢管又静止于地面 ， 你会发现钢管又变回1kg了 ， 这就是效应消失 ， 因为你选择了与原来相同的参考系
不过大家觉得参考系切换回原来 ， 质量就恢复 ， 还有没有其他办法使得质量也恢复 。 那很简答 ， 你只需要骑着这根钢管一起走 ， 然后你在钢管上测量质量 ， 发现也是1kg 。 为什么？因为你和钢管静止于地面 ， 与你和钢管一起相同速度运动 ， 这两种效果是等效的 ， 也就是说如果把钢管变为列车 ， 列车封闭你看不见外面 ， 你和列车一起静止与地面 ， 与你和列车一起1/2C速度运动 ， 车里的你根据无法区别到底属于哪种情况 。
所以大家理解效应消失 ， 一定不要绝对的理解成为 ， 参考系切换回原来 ， 效应消失 ， 要理解成为参考系变为“原来的等效参考系” ， 效应即可消失 。 而等效参考系可以有很多的 ， 比如刚刚的你和钢管一起静止地面 ， 这属于第一种等效 。 你坐着钢管一起运动 ， 属于第二种效应 。 钢管以1/2c速度运动 ， 你坐在一辆列车也和钢管一起以1/2c速度运动 ， 这属于第三种等效 。 这三种参考系 ， 你测量出的钢管都是1kg 。
那么到底运动物体质量会变多大？下面给出质量增加公式：
其中m0是本征质量（不了解本征概念 ， 建议看看往期的内容） ， m就是物体运动后地面人看物体的质量 ， v是物体相对于地面运动速度 。 大家可以看出当物体运动速度v越大 ， 整个根号下面的值就会越小 ， 而分母越小 ， 算出来的m值就会越大 。 当v=0 ， 可以算出m=m0：即速度为0 ， 质量不变 。 当v=c ， 可以算出m=正无穷大 ， 也就是速度为光速 ， 质量会变得无穷大 。
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2、光速：299792458m/秒 。 如此看来 ， 光速只是一串数字 ， 牛顿曾经告诉我们 ， 只要为一个物体提供加速度 ， 就可以一直加速 ， 看起来光速似乎完全可以到达 ， 然而可惜的是 ， 爱因斯坦告诉我们 ， 你超重了 ， 到不了光速（有质量便是“超重”）！
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牛顿如何到达光速？
高中我们都学过动能公式 ， 作为一个必考公式 ， 相信大家都能记住 。 利用动能公式 ， 我们可以算出一个物体加速到光速所需要的能量 。
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假设有一个重100000kg的航天器 ， 在太空中加速的光速 。 我们使用牛顿的公式 ， 可以得到以下结果：
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只要给我4.5*10^21J的能量 ， 就可以将航天器加速到光速 ， 从而在宇宙中快速穿梭 ， 完成星际航行！然而这个能量值是什么概念呢？
目前人类兆瓦级发电站 ， 每秒大约产出11亿J能量 ， 达到牛顿方程需要的能量需要9*10^12秒 ， 大约是285000年 。
就算全世界的发电站都为航天器“充能” ， 有生之年也得不到足够的能量 ， 更可悲的是 ， 爱因斯坦并不承认这个结果！
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爱因斯坦如何到达光速？
爱因斯坦的质能守恒方程 ， 让能量可以成为质量 。
一个航天器的质量 ， 可以理解为能量的集合体 ， 航天器在加速的过程中逐渐获得动能 ， 这份能量会转换为质量体现在航天器身上 ， 航天器速度越快 ， 质量就会相应提升 ， 达到光速所需要的能量也就会越来越多 。
为了到达光速 ， 爱因斯坦写出了更难突破光速的公式：
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依旧是100000kg的航天器 ， 根据方程内容 ， 航天器的速度越快 ， 分母的数值就会越小 ， 航天器的质量就会逐渐提升 。
根据公式画出相应的曲线图 ， 可以发现航天器的速度越接近光速 ， 产生的变化越剧烈：
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如果一个航天器加速到50%光速 ， 航天器的质量提升15%；加速到86%光速 ， 质量提升100%；加速到99%光速 ， 质量提升700%；加速到99.999%光速 ， 质量提升22400% ， 指数倍的提升 ， 让航天器需要的能量越来越多 。
利用爱因斯坦质能守恒公式 ， 航天器加速到99.999%光速 ， 需要20*10^23J ， 一个兆瓦级发电站 ， 需要1.28亿年 ， 才能满足能量要求 。
当航天器到达光速 ， 那么质量将变成无穷大 ， 所需要的能量也会变为无穷大 。 这就是爱因斯坦留给我们的“光障” ， 一个无法逾越的限制 。
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总结：
牛顿给予我们超越光速的希望 ， 但是需要的能量非常庞大 。
爱因斯坦给予我们超越光速的绝望 ， 因为需要无穷大的能量 。
物理学发展到今天 ， 光速旅行几乎被爱因斯坦否认 ， 但是爱因斯坦却留给我们另一种超越光速的旅行方法——爱因斯坦-罗森桥（虫洞） 。
利用空间的弯折效果 ， 将相距数万光年的两个地点对折 ， 创建一条高纬度的虫洞 ， 从而让数万光年外的目的地近在咫尺 。
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虫洞在理论上可行 ， 然而目前尚未发现天然或人造的虫洞 ， 人类也没有能力建造虫洞 。
爱因斯坦关上了光速旅行的大门 ， 却为我们找到了星际旅行的更快方式！
无论是科学还是生活 ， 一个方法被否认 ， 总会有另一个捷径出现 ， 永远不要放弃希望 ， 才是探索未知的最快方式 。
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3、导读：运动的物体质量增加 ， 是观测效应还是真的质量增加了？你如何思考这个问题 。 这个问题也可以说是相对论推论的一个核心 。 增加的质量该如何解释 ， 一直以来有各种解释 。 今天带大家思考这个问题 。 本文大多内容 ， 摘录自灵遁者先生书籍《变化》 。
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正文如下：
众所周知 ， 爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论包含了高速运动物体的三大效应 ， 即运动物体的长度变短、时间变慢、质量变大 。 其中 ， 我们畅谈不休的就是运动物体的质量变大 ， 它由著名的质速关系给出了物体质量与其运动速度的定量关系 。
从质速关系所描述的状况来看 ， 当物体的运动速度接近光速时 ， 物体的质量将显著增大 ， 甚至于趋向无穷大 。 照这样就会产生出类似于黑洞的星体 。
随着现代高能粒子加速器等设备的研制和高能物理学的迅速发展 ， 人们在实验室中将电子加速到0.9999倍光速的速度 ， 按照质速关系电子质量的增幅却不到一倍 ， 如果人们所做的实验没有错误的话 ， 也就至少说明质速关系的量化是值得商榷的 。 在实验室中观测到电子的质量的确随着运动速度的增大而增大 ， 那么物体的这种由于运动而增大的质量是一种观测效应还是物理实质呢？我们不妨这样来思考 ， 假设运动物体的质量增大确实是物理实质 ， 按照现有物理学对质量的定义 ， 就会得出“运动能够产生物质”的结论 。
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早在1948年爱因斯坦在写给普朗克的一封信中提到 ， 质速关系是不正确的 ， 因为没有对其中的质量做出定义 。 而按照现有的引力质量和惯性质量的定义 ， 都会导致“运动产生物质”的哲学矛盾 。 那么运动物体的质量增大应当是仅仅是一种观测效应而已 ， 而不是真正的质量增大了 。
运动使得物质质量增大 ， 增大的质量应该做出什么定义 ， 确实是我们该思考的 。
我们来看看质量的定义 ， 在我理论中引力的本源是时空 ， 且物质 ， 时间 ， 空间是一体化的东西 。 惯性的本源是引力 。 这也是为什么引力质量和惯性质量严格相等的原因 。
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所以由此来看 ， 引力质量是最根本的 。 所以定义质量也应该以引力质量为基础来定义 。
引力质量的定义：选定两质点A和B ， 先后测量它们各自与质点C的引力FAC和FBC 。 实验发现 ， 只要距离AC和BC相等 ， 则不论A和B的形状如何 ， 也不论质点C是什么物体 ， 力FAC和FBC的比值FAC/FBC是一个常数 。
该结果表明 ， FAC/FBC之值仅由质点A和B本身的性质决定 。 物理学中规定A、B两质点引力质量之比等于力FAC与FBC之比 。 若用mA及mB分别表示A、B两质点的引力质量 ， 则mA/mB=FAC/FBC,选取其中一质点的引力质量作为引力质量的单位后 ， 另一质点的引力质量可通过实验由上式确定 。
【科学探索|运动的物体质量增加，从而使得物体无法达到光速？】
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在这里也给大家科普一下惯性质量如何测量：我们利用物体本身具有的惯性 ， 给这个物体施加一个矢量的作用力 ， 那么这个物体会在这个作用力的作用下发生存在状态的改变 。 这一点是所有特定质量的物质都具备的 。 我们通常将这种方法所测得的质量叫做惯性质量 。
所以说国际上引力质量的定义应该放在基础的位置 ， 惯性质量放在从属的位置 。 目前国际上没有这样定义 ， 一般认为两者对质量的定义没有区别 。 其实对引力和惯性没有深刻的认识 。
那么你会问了：运动物体增加的质量该如何理解？该如何定义？
显然根据我上面的论述物体的质量无论怎么增加都是引力质量！惯性质量的增加是引力质量增加附带效应 。
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而引力的本源是什么？是时空！
时空又是什么？是物质 ， 时间 ， 空间的结合 ， 一体化的东西！
而时空的本质还是一种能量！
在时空中任何物质 ， 物体都离不开运动 。 爱氏的理论贡献在他开启了我们认识时空的钥匙 。 脱离了牛顿的绝对时空 ， 进入相对论时空 。
那么运动的物体质量增加就非常好理解了 。 运动的物质 ， 高速运动的物体 ， 质量增加是必然的 。 因为时间 ， 物质 ， 空间是一体的 ， 我们叫时空 。
任何物体的运动也是时空中的 ， 时空又是一种能量空间 ， 运动的物体和静止物体在能量空间中所获取的质量就是不同的 。
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运动的物体会因为自身运动 ， 质量增加 ， 这是由于引力的本源是时空 ， 时空的本质也是一种能量 。 高速运动物体会迫使空间能量“粘贴”在它身上 。 其实这是一种束缚态 ， 束缚运动速度增加 ， 这也是为什么光速无法超越 ， 超距作用是不可能的原因 。 我在前面的章节中有过论述 。
因为相对于整个时空能量 ， 即使近光速运动的物体 ， 也无法“拉动”整个时空能量 。 它只能引起时空对它的“重视” ， 即附加引力质量！它自身的运动能量也会在时空中消耗 ， 成为时空能量的一部分 。
当它的速度慢下来之后 ， 上面所说的束缚态解除 。 所以在我看来 ， 不是运动使得物体质量增加 。 是高速运动的物体吸引了时空对它的能量附加 。 这种附加“粘贴”能量转化为我们可观测到的质量 。
再强调一下 ， 不是物体本身运动能量转化为质量 ， 而是时空使然 。
所以更近一步的推理是这样的 ， 引力的本源是时空 ， 引力质量的来源自然也是时空 。 时空本身就是一种能量时空 。 所以物质的质量也可以引申为一种能量 。
所以不是运动直接产生了质量 ， 是运动使得时空赋予了物体质量 。 但这是实实在在的质量 ， 不是观测效应 。
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爱氏虽然没有做出详细的说明 ， 但他的质能公式也包含此种深意 。 所以他给普朗克的一封信中提到 ， 质速关系是不正确的 ， 因为没有对其中的质量做出定义 。 还是出于他对于引力的本源理解不够 。 他认为引力是由时空弯曲产生的 。 我认为因为时空产生的 ， 弯曲不弯曲都产生引力 。
关于质量我们现在一般的定义是：质量是物体所具有的一种物理属性 ， 是物质的量的量度 ， 它是一个正的标量 。 也就是说质量是物质的量的量度 。 至于测量方法 ， 就是上面所提到的引力质量和惯性质量两种方法 。
在这里我们可以更本质的定义质量是：质量是物体在相对时空中的一种物理属性 ， 物体所蕴含能量的多少是物体质量的量度 。
所有物体具有质量 ， 所有物体具有惯性 。 爱氏的质能方程揭示了物质和能量的关系 。 也揭示了能量也具有惯性 。 所以整个物理体系并不矛盾！所有的质量本质还是能量 。 那么为什么不用能量来定义质量呢？这就是我的思路 。
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摘自独立学者 ， 科普作家 ， 艺术家灵遁者书籍《变化》
【来源：贵州旅游快讯】
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