在光速飛船中可以與地面無線通話嗎？

有位伴侶提出一個奇異的問題：假如我正在和或人通話，俄然自身以光速運行，通話質量會若何？

怎么會俄然自身以光速運行呢？時空通信只能假定這位大俠是乘坐在光速飛船里。盡管所謂的光速飛船永遠只能是一個胡想，但也不妨來個時空通信科普解夢。

這個或人是誰？您與或人有多遠？您所謂的光速運行是朝什么偏向？

“或人”是誰是您的隱私，這里不會商。

但您與“或人”有多遠以及您俄然以光速運行是朝那個偏向走似乎值得闡發一番。

您與或人通話我只能理解為此刻的德律風。此刻的德律風用的是電波，不管是無線電仍是有線電，不管是微波仍是長波中波，都是光波的一種形式，其傳布速度都是光速。

您俄然以光速分開，分開的速度也是光速。

光速是我們這個宿世界迄今熟悉到的最高速度，沒有比光速更高的速度了，在真空中傳布的速度為每秒約30萬公里。

您與或人的通話距離當然就很主要了，好比您若是是在月球與或人通話，月球距離地球平均約38.4萬公里，是光速1秒多點的距離，是以您與他通話就有1秒多鐘的延滯，您在地球說一句話，您月球那位“或人”要1秒鐘后才可以或許聽到。

而若是您的那位“或人”在太陽系最遠的行星海王星上，那邊距離我們約45億公里，光速需要走15000秒，也就是約4.17個小時。

您在地球上說一句話，您哪位“或人”要過4個多小時才可以或許聽到，在等他或她回話，就要8個多小的等待了。

此刻問題是您提出個俄然以光速運行，是朝著您那位“或人”運行呢？仍是背著那位或人運行呢？或者是既不背著又不標的目的著，而是橫著運行呢？

在給出謎底之前，我想先說說聲波的性質。

聲波有頻率，就是每秒鐘震動的次數。按照頻率分歧，分為次聲波、可聞聲波、超聲波。

人可以或許聽到的聲波為可聞聲波，頻率在20Hz~20000Hz之間。20Hz以下頻率稱為次聲波，20000Hz以上頻率為超聲波。次聲波和超聲波人是聽不到的。

聲波還有波長，波長計較公式為：λ=c/f

就是波長λ等于波速c除以頻率。

人對聲波頻率感知規模為20Hz~20000Hz之間，聲音在空氣中的傳布速度約340米/秒，這樣得出人感知的聲波等于λ=340/20~20000=17m~0.017m。

也就是說人措辭或者可以或許聽到的聲音波長在17米到0.017米之間，我們取一個10米波長值來作為您和“或人”打德律風的聲音，那么您俄然以光速分開或者接近或者橫著移動會是一個什么結果呢？

這里我們要領會一下生波的多普勒效應。

聲波的多普勒效應早在1842年，就由奧地利物理學家及數學家克里斯琴·約翰·多普勒提出，并被驗證，是以，這個效應就以其名字定名。

我們在糊口中經常可以體驗聲波的多普勒效應：當一列火車或汽車鳴笛標的目的您開過來時，您聽到的聲音會變高；而離您而去時，聽到的聲音就變低。

這是因為聲波在活動中頻率會發生轉變，即波在波源標的目的不雅察者移動接近時，接管頻率會變高；而波源遠離時，接管頻率會變低。不雅察者也就是接聽者移動也是一樣的結論。

波源或者不雅察者移動速度與頻率的關系表達式為：f=（u+v）/λ或f=（u-v）/λ

式中，f為領受到的頻率（Hz），u為波速（m），v為不雅察者或波源移動速度（m），λ為原有波源波長。

后來人們發現各類波都具有多普勒效應，電磁波也不破例。

我們此刻利用的手機也是如斯，當標的目的基站移動時，頻率變高，反之頻率變低。是以在遠距離通信以及高速移動物體通信時，必需考慮多普勒效應影響。

如人類發射到太空的各類探測器和衛星，都需要按照多普勒效應予以調整，地面基站才可以或許領受到清楚的旌旗燈號。

光波也有多普勒效應，但光波的頻率轉變是經由過程眼睛不雅測而不是耳朵聽到的，是以表示出來的是顏色轉變，科學家們不雅測遠方的恒星，若是像我們活動，看到的譜線就是想紫光偏向移動，稱為藍移；若是遠離我們而去，則譜線標的目的紅光偏向移動，稱為紅移。

宇宙在膨脹就是按照星光遍及紅移確定的。

下面我們來說說在光速移動狀況下，通話會發生什么環境。

按照題意俄然以光速運行的假設，可能會有三個成果，即標的目的聲源接近，也可以認為標的目的接聽者接近，接聽者所能聽到的聲音頻率為：

按照f=（u+v）/λ公式計較：

f=(340+300000000)/10=30000034Hz

這個頻率是30MHz，也就是每秒震動3000萬次，是超高頻率的超聲波；并且按照波長公式，這種頻率聲波波長只有0.0000113米了。

按照前面交接的人類可以或許聽到聲波頻率和波長，這種頻率和波長的聲音人是無法聽到的。

那么若是聲源以光速遠離呢？

按照f=（u-v）/λ公式計較：

（340-300000000）/10=-29999966Hz

聲波在20Hz以下就叫次聲波，是人無法聽到的，次聲波最小的頻率就是大于0到20Hz之間，這里的計較成果為負，并且負得良多，就是次聲波也做不當作了。

這種聲音是不存在的，也就是沒有聲音，怎么可以或許給聽到呢？

那么以光速橫移呢？分開的速度就可能不是光速了，但快慢要看平移的角度，但這個速度也減不了幾多，除非您距離“或人”有1光年距離，才可能對分開的速度有較大影響。

此刻我們假定按一半光速來計較，看看多普勒效應是什么成果。

（340+150000000）/10=15000034Hz

（340-150000000）/10=-14999966Hz

得出的成果也不是人可以或許聽到的。

是以即便按照這種經典的理論，在光速分開或者接近聲源時，您底子就無法與“或人”通話，也無法聽到他的反響。除非接聽者不是人。

當然這些在光速面前都是扯淡，若是光速分開，電波與光速同步，是追不上的，聲音永遠也無法達到您的耳膜。

此刻來說說俄然光速運行假設不當作立的來由。

愛因斯坦狹義相對論認為，任何有靜質量的物體都無法達到光速，別說一艘飛船和乘員，就是一只螞蟻，一個質子和電子也不可。

100年來科學家們經由過程各類不雅測發現和嘗試，已經無數次的證實了這個理論的準確。

在大型加快器里，人們用龐大的能量加快細小的質子或者各類粒子，再大的能量也只能使質子或粒子束接近光速，而無法達到光速。

并且越接近光速能量和質量越趨于無限大。這就證實了愛因斯坦關于物質達到光速，動質量將達到無限大的論斷。

無限大是什么意思？就是一個質子要達到光速，動用全宇宙的能量也做不到，因為宇宙質量和能量都不是無限的。

這就是一個悖論。

光速限制表達式為：E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2)

這個公式表達的是，靜止質量為m的粒子以速度v活動時所需的能量。

從中，我們可以得出，速度越高所需能量越大，當v趨近于光速c時，能量趨于無限大。

時候膨脹效應也將使通話無法進行。

狹義相對論告訴我們，在高速活動的參照系中，會發生時候膨脹，發生尺縮鐘慢效應。

狹義相對論速度時候膨脹計較公式為：t‘=t/√[1-(v/c)?]

式中，t‘是速度時候膨脹效應值；t是低速系不雅測者第一個時鐘時候記實；v是第二個時鐘相對第一個時鐘的移動速度；c為光速。

時候膨脹效應已經在太空航行中獲得無數的驗證，證實這個理論是準確的。

GPS定位衛星若是不按照時候膨脹效應來調校原子時鐘，就無法與地面時候對應，而使導航定位掉之毫厘謬以千里；發射的太空探測器和各類衛星，若是不消這個理論調校，也不克不及精準導航和計較航路，無法達到目標地。

時候膨脹效應告訴我們，在高速慣性系里的時候與不雅測者的時候紛歧致的，高速系中的時候速度越快，時候越慢。達到光速，時候遏制，空間為零。

光速系中的體驗者似乎時候沒有過1秒，宿世上已過千年萬年甚至億年，這就是光速的多普勒效應。

在這樣一個分歧的時候參照系中，您感覺還可以或許彼此通話嗎？您在地球上說的一句話，在1億年后可以或許傳達到光速飛船里嗎？那時“或人”已經到哪去了？您不知，我也不知。

是以光速極限理論和時候膨脹理論告訴我們，達到光速活動只能是癡人說夢或者幻想，而假設的光速活動中也不成能與外界通話。

感激閱讀，接待會商。

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發表于 2020-06-11 02:00
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