如果你在一端拉動一根2光年長的棍子,棍子的另一端會立即跟著移動嗎?
首先,我們要承認的第一個事情是:萬物皆「彈簧」。
這裡的彈簧是加了引號的,我想說的意思就是,一切物體,只要你對它作用一個力,它就一定會變形,只是變形有的很大、肉眼可以觀察到,有的很小、只有最精密的儀器才可以測量到。
然後,我們要承認的第二個事情是:棍子是有質量的。
自然界中沒有質量的東西有沒有?有的,比如說光子就沒有質量(準確說是沒有靜質量)。但是題中的棍子顯然不是沒有質量的東西。
好的,一些基本上的結論有了,然後我們來做一些有意思的事情:
我們拿一根3米的棍子,放在非常非常光滑的地面上,均勻的切成三段,把中間的那段去掉,換成一根很細很細的橡皮筋,然後你站在最右邊一拉。然後我們看看發生了什麼。
你首先拉動的是棍子B,而因為最左邊的棍子A也是有質量的,所以棍子B通過中間連著的橡皮筋拉動棍子A移動的時候,橡皮筋被拉長了——這個現象也是符合生活常識的。比如說你用橡皮筋吊著一塊磚頭,猛地往上拉,橡皮筋會被拉長,也是同樣的道理。
所以,這個過程就是,你拉動這根棍子的時候,你是先拉動B,B再通過橡皮筋拉動A。
好的,然後我們把中間的那一節棍子裝回去、再把三節棍子粘的跟原來一樣,然後再把棍子放到這個特別光滑的地面上,然後再拉。跟上一次不一樣,上一次你看到橡皮筋拉長了,但是這一次你看到是整個棍子一起動了。好像有什麼不一樣。
但是,回到我們最開始說的那個結論:萬物皆彈簧,所以實際上這根紅色的棍子跟原來橡皮筋一樣,也被拉長了,但是,因為拉長的那部分量非常非常小,你看不出來而已。
說這個事情的意思就是,就是你拉一個東西,或者推一個東西,並不是說一下子整個物體都受到了力的作用,而是有一個先後的順序,離你最近的那部分是最先受到力的,然後帶動中間的那部分,最後帶動離你最遠的那部分。
而這個過程,就叫力的傳遞。我們把這根棍子放大,一直到可以看到原子,就可以看到一個一個的原子互相挨在一起,你從最右端拉的時候,力是在原子之間,一排一排逐漸傳遞到左端的。而這個過程,棍子會被一點一點的拉長。所以最左邊的原子什麼時候動起來,看的是力的傳播速度。
那麼力在棍子裡面的傳播速度大概有多快呢?是不是力的傳播速度是無窮快的?
力在棍子里(或者應該說是固體里)的傳播速度實際上是很快的,所以我們正常情況下,都會覺得拉一個東西沒有什麼力的傳播問題。要麼這東西拉不動,要麼一動全動,沒有說拉一個箱子結果箱子由近到遠逐漸變長了。
但是,如果一個很大很大的固體,那麼力的傳播速度相對而言就顯得十分可憐,比如在鋼鐵中每秒鐘傳播5200米,所以一個要用光年來計算長度的物體,力在其中的傳播時間就要按年計算了。
有人說,那我可以設計出一根力在裡面傳播速度超過光速的棍子嘛?
如果只考慮固體力學,那麼理論上是可以的,只要原子之間的作用力足夠強(也就是做成棍子的材料剛性足夠好、一定拉力作用下棍子的變形非常非常小),那麼力的傳遞速度超過光速是可能的,但是實際上沒有那種材料,或者如果要製造那種材料,固體力學的知識已經不適用了,要用到更高級的知識。
※如果把「薛定諤的貓」的主角「貓」換成「人」,從這個「人」的角度來看,又會怎樣?
※為什麼我們在地球上能看得到太陽和月球。但是看不到太陽系裡的其他星球?
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