根据相对论,速度越快质量越大,速度足够快的物体会变成黑洞吗?
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即使在爱因斯坦的狭义相对论中,高速移动也不会影响你的质量。出于某种原因,大学前的老师,科普读物,和旧的物理教科书都声称当物体以更高的速度运动时,物体会获得质量。如果你定义某物为 “相对论性质量”,它与普通质量完全不同,那么这个说法就可以是正确的。但是这样做会让人感到困惑和误导。
现在的物理学家不再将物体的运动能量视为“相对论性质量”,因为这样做是有误导性的。当一个物体获得速度时,它所获得的实体被称为“动能”,即使在狭义相对论中也是如此。一个移动物体的总能量是它的静止能量加上它的动能。物体的静止能量包含在它的质量中。
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运动物体的相对论总能量是:
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在这个方程中,m是物体的质量(无论物体运动的速度有多快,它都不变),c是光速,v是物体的速度。如果物体不运动,v=0,那么就没有动能,总能量等于静止能量。把v=0代入方程,我们得到了著名的方程E=mc2。物体的静止能量是mc2,也就是静止能量完全以质量的形式存在。动能EK,也就是总能量减去静止能量:
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这个方程告诉我们,随着速度的增加,动能增加,但质量永远不会改变。当物体速度v接近于真空中的光速c时,动能就变成无限大。能量守恒定律告诉我们,要让一个具有无限动能的物体运动,我们必须给它无限的能量。这个行为显然是不可能的,因为在可观测宇宙中只有有限的能量。这意味着,有质量的物体永远不能以真空中的光速运动,因为这个状态需要无限的能量。但是物体可以非常接近光速。
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质量是一个物体的属性,它描述了两件事:
(1)物体对加速度的阻力。当一个给定的力作用于物体时,质量越大加速度越少。
(2)物体可以体验重力。在给定的引力场中,较大质量物体感受到更大的力。
当一个物体以高速运动时,它对加速度的阻力和感受重力的能力不会改变。因此,当物体以高速运动时,物体的质量不会改变。这个事实是由爱因斯坦的理论所预测并通过实验验证的。一个物体永远不能变成一个黑洞,甚至不能通过加速使它稍微加重。
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