推一万光年长的棍子,可以让信息超光速传递破解相对论吗?

如果有一根长一万光年的棍子,如果在一端推它一下另一端的人会立刻查觉到吗?能超光速吗?
这是一个非常非常有意思的问题,因为我小时候也想过,而且也曾自以为已经找到了一个相对论的漏洞。但是我在长大后才明白了,这个世界上有很多知识都是隐藏答案,如果你了解的不够多,是无法进一步探究的。
受力分析的世界不存在在高中的物理中我们学会了力学分析,在这个力学分析的世界里存在着很多神奇的结构,比如光滑没有阻力的平面,比如绝对刚性的小滑块,比如可以传递无限力矩足以撬起地球的杠杆。

当然,我们必须意识到,这只是一个思想模型而已,现实世界中根本不存在这样的东西。所以在力学分析世界只要对其施加力就一定会无延时无损耗传递到另一端的棍子其实也是不存在的。
一根现实世界的棍子必然是由明物质组成的,也就是我们一般意义上所说的原子核与电子。那当我去触摸棍子时,到底发生了什么?我们可以想象一下——与我们手接触的第一个原子会推一下第二个原子,第二个原子也会推一下第三个原子。

那么如果我们再放大一点,在两个原子之间出现的“推”到底是个什么东西呢?是两个玻璃球一样的原子相互挤压吗?所以这样传递力其实是不需要时间的?
并不是,原子与你想象的根本不一样,它们不是一个个刚性的球,它们是一个个非常非常空旷的微小空间,在最中间有一个极小极小但是非常重的,可以被认为是质点的东西,那个就是原子核,而且这个微小空间中还弥漫着一种类似雾的东西,如果这团雾与其它物体发生信息交换作用,就会变成一个个小点点,这些小点点也就是人人耳熟能详的电子。

原子间的力是如何传递的那两个原子之间的挤压是怎么回事呢?就是原子外的两团雾之间产生了排斥,也就是电子与电子之间产生了“同性相斥”的作用(当然其中的具体过程非常非常复杂,在这里我就只能定性地描述)。
那么让我们再一次地追根刨底吧——为什么电荷会“同性相斥”?是什么在传递两个电荷之间的力?

可能你会觉得无厘头——同性相斥就是同性相斥呀,还有原因吗?
对,这就是普通人与物理学界的差距,你想到过的物理学家早已经解决了;你没有想的,不敢想的,物理学家也已经解决大部分了。
从这里开始,我们需要一点点量子力学的知识,放心这一部分与什么猫什么纠缠一点关系也没有。
在中学教材里我们知道电荷周围存在电场,电场线的方向决定了同性相斥异性相吸。但其实无论是场的概念还是电场线都是辅助理解与计算的模型,它们的下面还存在着真相。

你需要知道的是——我们看不见摸不着的电场并不是超距离感应,而是由无数极微小的粒子在传递着力的作用,同性电荷之间的斥力就像是两个喷泉在对喷一样产生斥力。
这些极微小的粒子就电场的量子,是构成电场与磁场的基本粒子。

那么这些量子叫什么呢?说出来可能会让你大吃一惊,它们叫——光子!
是的,电磁场是由光子构成的,不过当我把这句话说出来的时候可能你又会觉得……怎么如此熟悉?当然了,因为“光是一种电磁波”是初中生都知道的基本知识呀!

所以,现在你是否已经注意到一个基本事实了……原子间的斥力与光连在了一起!
力的传递上限是光速是的,两个电荷之间的斥力也是有传递时间的,决定这个时间就是光速!事实上宏观世界只有两种力——引力和电磁力,我们所能想到的所有力都是电磁力的各种不同形态,而且电磁力传递的上限——就是光速。
这也就是说,想象一下,就算你能做出一根完全由原子核一个紧贴着一个的棍子,你推它一下,力的传递也不会超光速的,光速是一种比你想象中的更基本,更接近宇宙真理的特殊值。

现在让我们回到现实世界,用“富有弹性”的原子制作的棍子,当然传统速度就更慢了。其实有人真的这么测了,结果可以说是意料之外情理之中,力传递的速度与该材料内声音传播的速度一毛一样。细细一样这简直是太理所当然了,声音不就是振动么,振动不就是力么……原来我们一开始就已经知道答案了啊。
对了,声音在钢材中的传播速度大约是5200m/s,你看,果然很慢吧。
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