簡單回答:不會達到光速。
即使在理想情況下,不考慮其他星球影響,不考慮阻力因素,一個蘋果從無窮遠的地方落向地球,最終也不會達到光速,而是會遠遠小于光速。
自由落體的物體,速度的計算公式為v=gt,僅從公式來看,隻要時間一直持續下去,物體的速度就能達到光速,甚至超越光速,但其實這是對公式的誤解。
首先,重力加速度g并不是固定不變的,會随着高度發生變化。上面的公式僅适用于距離地面比較近的範圍,由于距離地球較近,重力加速度的變化就可以忽略不計。
同時,公式本身僅适用于低速世界,随着速度越來越快,當速度接近亞光速時,就必須考慮到相對論效應帶來的影響。
最直接的影響就是質增效應,物體的速度越快,質量就越大。随着速度越來越快,物體的質量會越來越大,再讓物體繼續加速,就需要更多的能量才可以。
而物體的物體無限接近光速,就需要無窮多的能量才可以做到,即便是整個宇宙的能量都不夠用,這顯然是不可能的事情。
那麼,一個蘋果從無窮遠的地方,就能無限接近光速嗎?
并不是,不但不能無限接近光速,反而比光速要小很多。這是機械能守恒決定的。
蘋果掉落的過程,其實就是勢能轉化為動能的過程,這個過程就是機械能守恒的過程。
引力的作用範圍是無限遠,相當于在無限遠處的動能為零,而機械勢能無限大。蘋果越是接近地面,加速度就越大,最終達到重力加速度9.8米平方秒。
根據機械守恒定律,在理想情況下,蘋果的最終速度也隻能是11.2千米每秒。
大家對這個速度是不是很熟悉?沒錯,這不就是第二宇宙速度嗎?這并非偶然,而是必然的結果。
第二宇宙速度是什麼?就是逃逸地球引力的速度,其實就相當于以這個速度飛行能飛到距離地球無窮遠的地方。
那麼如今的過程恰恰是反過來:在無窮遠的地方落向地球,最終的速度當然是11.2千米每秒。兩個過程其實就是動能與勢能的轉換,本質上是一樣的。
所以說,無論從多遠的地方落向地球,最終的速度不但不能超越光速,而且還有極限速度:11.2千米每秒,也就是宇宙第二速度!
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