光速为什么不能被超越？李永乐老师老师6分钟讲狭义相对论之质量增加（2018最新） Why the speed of light can not be surpassed? Mr. Li Yongle teacher 6 minutes on special relativity of mass increase (2018 latest)

各位 同学 大家 好 我 是 李永乐 老师

今天 我们 继续 来 讨论 相对论 的 话题

有人 问 我 说 为什么 宇宙 中 光速 是 最快 的 速度

为什么 一个 物体 不 能够 通过 加速 的 方式 加 到 光速

我们 今天 就 来 解释一下 这个 问题

首先 为了 解释 这件 事 我们 得 先 明白 加速 是 怎么 来 的 First of all, in order to explain this, we must first understand how the acceleration comes from

物体 的 加速 过程 到底 是 怎么回事 What is the acceleration of an object?

比如说 有 一个 箱子 它 静止 在 地面 上

我 现在 想 把 这个 箱子 让 它 速度 变 大 怎么办 I now want to make this box make it faster. What should I do?

很 简单 我们 推它

我们 给 它 一个 推力 给 它 一个 推力 之后

这个 物体 就 会 往前 加速 速度 会 越来越 大 The object will accelerate forward and the speed will increase

我们 如果 列 一个 表格 If we make a table

这个 物体 它 在 不同 的 时间 单位 是 s The object it is in different time units is s

比如说 在 0 时刻 在 1 时刻 在 2 时刻 在 3 时刻

它 的 速度 单位 是 m/s 是 0 1 2 3

也就是说 在 0 这个 时刻 速度 是 0

在 1 秒 这个 时刻 速度 是 1 米 每秒

在 2 秒 这个 时刻 速度 是 2 米 每秒 以此类推

那么 这个 物体 就是 在 加速 的

我们 就 可以 定义 一个 量 叫做 加速度

加速度 a 等于 什么 what is the acceleration a

加速度 a 就 等于 你 速度 的 变化 再 除以 时间 The acceleration a is the change in your speed divided by the time

咱们 看 你 每过 1 秒 速度 都 变 了 1m/s

每过 1 秒 速度 都 变 了 1m/s

所以 速度 变化 是 (1m/s)/1s

它 就 等于 1m/s^2 这 就是 你 所谓 的 加速度 It is equal to 1m/s^2 which is what you call acceleration

加速度 就是 用 速度 变化 再 除以 时间 的 Acceleration is the change in velocity divided by time

比如说 我们 经常 所说 的 重力 加速度

什么 叫 重力 加速度 就是 物体 自由落体 的 加速度

速度 重力 加速度 叫 g 它 是 9.8m/s^2

意思 是 每过 1 秒 你 的 速度 都 会加 9.8m/s 这是 加速度 的 含义

那么 加速度 到底 该 怎么 计算 So how to calculate acceleration

这 就 涉及 到 第二个 概念 叫 牛顿 第二 定律 了

牛顿 第二 定律

牛顿 就 说 加速度 跟 两个 因素 有关 Newton said that acceleration is related to two factors

显而易见 你 推 的 力越 大 这个 物体 加速 的 就 越 快 对 吧

但是 你 同样 的 力 去 推 箱子 But you push the box with the same force

这个 箱子 越重 这个 物体 加速 的 程度 就 比较慢

比如说 你 用 一个 推力 去 推 一个 小 自行车

这个 自行车 很快 就 加速 起来 了 This bike accelerates quickly

但是 你 用 这个 推力 去 推 火车

你 想一想 这个 火车 是不是 很 难加 起来 对 不 对

它 速度 变化 就 比较慢

那么 牛顿 第二 定律 是 这样 告诉 我们 So Newton's second law tells us this

他们 说 这个 物体 的 加速度 等于 什么 What do they say the acceleration of this object is equal to?

等于 物体 的 受力 再 除以 物体 的 质量

写成 公式 的 形式 就是 a=F/m

物体 的 力越 大所受 的 力越 大 它 加速度 就 越 大 The greater the force on an object, the greater the force it experiences, the greater the acceleration

但是 同样 的 力 的 情况 下 质量 越大 它 加速度 就 越 小

这 就是 所谓 的 牛顿 第二 定律

所以 同一个 力 So the same force

你 推 不同 的 质量 的 物体 它 加速度 是 不 一样 的 When you push objects of different masses, their acceleration is different

但是 在 经典 的 情况 下

不管 你 加速度 多大 你 都 是 可以 加速 的 You can accelerate no matter how much you accelerate

在 经典 的 时候 m 是 不变 的

如果 F 也 不变 那么 就 会 造成 a 不变 If F does not change then it will cause a to remain unchanged

a 不变 的 意思 是 你 可以 一直 加速

所以 经典 情况 下 你 的 速度 随着 时间 是 怎样 变化 的 So how does your velocity change over time in the classic case

它 是 这样 变化 的 时间 越长 速度 越大 或者 是 这样 变化 的 It changes like this, the longer the time, the greater the speed, or it changes like this

这 两种 情况 分别 对应 着 加速度 大 和 加速度 比较 小 的 情况 These two cases correspond to the case of large acceleration and relatively small acceleration, respectively.

但是 不管怎样 你 都 会 一直 这样 加速 下去 这 就是 经典 的 情况 But you're going to keep accelerating like this no matter what. That's the classic case.

那么 现在 咱们 来 讨论 So now let's discuss

为什么 在 相对论 的 情况 下 物体 无法 超过 光速

在 相对论 的 情况 下 In the case of relativity

爱因斯坦 的 相对论 有 一个 结论

就是 物体 的 质量 会 随着 它 的 速度 而 发生变化 is that the mass of an object changes with its speed

物体 质量 等于 m0/√(1-(v/c)^2) 有 这么 一个 公式

其中 这个 m0 是 什么 m0 叫 静止 质量

也就是说 当 这个 物体 静止 时 它 的 质量

而 这 里面 的 m 是 什么 是 运动 质量 And the m here is what is the mass of motion

就是 你 运动 了 之后 它 的 质量 is the quality of it after you exercise

v 是 这个 物体 的 速度 c 是 光速

这是 爱因斯坦 根据 相对论 的 基本 的 假设 得 出来 的 一个 方程

有 了 这个 方程 之后 我们 就 会 发现 一个 物体 速度 越 快 就是 v 越快 With this equation, we will find that the faster an object is, the faster v is

v 越快 的话 这个 分母 就 会 越 小

那 这样的话 质量 就会 变大

所以 有个 基本 结论 就是 运动 的 物体 ...

运动 的 物体 质量 大

运动 的 物体 质量 会 变大 就 会 有 这么 个 结论

那么 如果 这个 物体 它 的 速度 接近 于 光速 会 有 什么 结果 So what would happen if the object's speed was close to the speed of light?

速度 接近 于 光速 的话 v/c 就 接近 于 1

所以 这个 分母 接近 于 0 因此 质量 就会 变到 多 大

质量 就会 变到 无穷大

质量 变大 了 或者 变 到 无穷大 那 又 如何

咱们 回过头来 看 牛顿 第二 定律

当然 在 相对论 的 情况 下 牛顿 第二 定律 形势 是 有 变化 的

但是 咱们 现在 先 不管 它 那个 形式 变化

咱们 就 借用 这个 牛顿 第二 定律 加速度 等于 F/m

假如 我们 认为 你 的 力 F 一直 都 不变

但是 你 的 质量 越来越 大 加速度 是不是 就 越来越 小

如果 质量 趋近 于 无穷大 你 加速度 会 趋近 于 几 If the mass approaches infinity, your acceleration will approach

会 趋近 于 0

也就是说 运动 的 物体 随着 运动 速度 越来越快 它 的 质量 会越 变越 大

因为 质量 越变 越大 它 加速度 会 越来越 小

最终 这个 物体 的 速度 也 达 不到 光速 In the end, the object cannot reach the speed of light.

如果 我们 画个 图像 的话 那么 这个 图像 是 这样 的

这是 v 这是 t

它 的 加速度 越加 越慢 越加 越慢 最后 就平 过来 了 Its acceleration got slower and slower, and finally it leveled off.

那么 这个 平 过来 的 速度 就是 光速 c Then this flattened speed is the speed of light c

也就是说 你 不 可能 通过 加速 的 办法 让 物体 的 速度 超过 光速

其 原因 就是 在 你 加速 的 过程 中 物体 的 质量 会 越来越 大

它 的 加速度 就会 越变 越慢 最后 它 只能 是 最多以 光速 运动 Its acceleration will get slower and slower and finally it can only move at most at the speed of light

就是 这么 一个 问题 好 吧 That's the question, okay?

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