太空中几乎没有阻力，如果火箭不停加速，能不能达到光速？

发布时间：2023-04-04 09:24:21 所属栏目：外闻来源：

导读：太空中几乎没有阻力，如果火箭不停加速，它能不能达到光速呢？对于这个问题，一个常见的思路就是，在没有阻力的情况下，假如一个物体一直有一个加速度，那么它的速度就会越来越快，而光速毕竟只是一个有限的速度，所

太空中几乎没有阻力，如果火箭不停加速，它能不能达到光速呢？对于这个问题，一个常见的思路就是，在没有阻力的情况下，假如一个物体一直有一个加速度，那么它的速度就会越来越快，而光速毕竟只是一个有限的速度，所以只要加速的时间足够长，火箭的速度尽早会达到光速。

然而根据《狭义相对论》，这样的情况却不会发生，因为根据该理论可以推导出，一个有质量的物体的速度越快，它的质量就越大，当速度无限接近光速时，其质量也会趋向于无穷大，这就意味着，如果要将一个有质量的物体加速到光速，就需要无穷大的能量，所以一个有质量的物体是不可能被加速到光速的，火箭当然也不例外。

想象一下，假如你穿着溜冰鞋站在光滑的冰面上处于静止状态，而你的手上还有一个篮球，现在你将手上的篮球用力向前扔了出去，接下来会发生什么？如果你真的这么做了，那么你就会发现，当你将篮球向前扔出去之后，你就会向后滑行，你扔篮球的时候越用力，后退速度越快,你也会更快地滑过去。

在这个思想实验中，当你扔篮球之前，你和篮球可以视为一个动量矢量之和为零的系统，而在你扔出篮球之后，篮球就具备了一个向前的动量，而由于动量守恒，此时你就会具备一个向后的动量，以保证你和篮球的动量矢量之和为零，在这种情况下，你就会向后滑行，而由于一个物体的动量等于其质量与速度的乘积，所以你扔篮球的时候越用力，篮球的运动量就越大，你向后滚动滑行的速度当然也就越快。这就是为什么我们经常看到一些球员在投篮的时候，身体会不自觉的向后倾斜，因为他们知道这样可以加快出手的速度。

实际上，火箭的推力也是来自动量守恒，我们可以将其简单地理解为，火箭不停地加速，其实就是不停地向后扔东西，并因为相互作用动量守恒而获得更加反向的推力，只不过火箭扔东西的方式是利用燃料剧烈燃烧时产生的能量向后喷出气体。

在火箭的加速过程中，由于它会不停地向后喷出物质，因此火箭本身的质量也会越来越小，与此同时，火箭的速度也会越来越快，这样的情况将一直持续到火箭的燃料耗尽，而在没有阻力的情况下，火箭就将一直以当前的速度飞行，我们可以将这个速度称为火箭的“最终速度”，并将达到“最终速度”时的火箭质量称为“最终质量”。

实际上，这个动态的过程可以通过“齐奥尔科夫斯基公式”进行描述，该公式的表达式如图所示，其中“Δv”、“ve”、“m0”和“mf”分别代表火箭的速度增量、火箭的喷气速度、火箭的初始质量以及火箭的“最终质量”，“ln”则是取自然对数（即以常数e为底数的对数）。

这是什么概念呢？这样说吧，根据科学家的估算，可观测宇宙的质量约为10^53千克，也就是说，与10^23245千克相比，即使是整个可观测宇宙的质量，都显得不值一提。

（编辑：汽车网）

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