在光速飞船中可以与地面无线通话吗？

有位伴侣提出一个奇异的问题：假如我正在和或人通话，俄然自身以光速运行，通话质量会若何？

怎么会俄然自身以光速运行呢？时空通信只能假定这位大侠是乘坐在光速飞船里。尽管所谓的光速飞船永远只能是一个胡想，但也不妨来个时空通信科普解梦。

这个或人是谁？您与或人有多远？您所谓的光速运行是朝什么偏向？

“或人”是谁是您的隐私，这里不会商。

但您与“或人”有多远以及您俄然以光速运行是朝那个偏向走似乎值得阐发一番。

您与或人通话我只能理解为此刻的德律风。此刻的德律风用的是电波，不管是无线电仍是有线电，不管是微波仍是长波中波，都是光波的一种形式，其传布速度都是光速。

您俄然以光速分开，分开的速度也是光速。

光速是我们这个宿世界迄今熟悉到的最高速度，没有比光速更高的速度了，在真空中传布的速度为每秒约30万公里。

您与或人的通话距离当然就很主要了，好比您若是是在月球与或人通话，月球距离地球平均约38.4万公里，是光速1秒多点的距离，是以您与他通话就有1秒多钟的延滞，您在地球说一句话，您月球那位“或人”要1秒钟后才可以或许听到。

而若是您的那位“或人”在太阳系最远的行星海王星上，那边距离我们约45亿公里，光速需要走15000秒，也就是约4.17个小时。

您在地球上说一句话，您哪位“或人”要过4个多小时才可以或许听到，在等他或她回话，就要8个多小的等待了。

此刻问题是您提出个俄然以光速运行，是朝着您那位“或人”运行呢？仍是背着那位或人运行呢？或者是既不背着又不标的目的着，而是横着运行呢？

在给出谜底之前，我想先说说声波的性质。

声波有频率，就是每秒钟震动的次数。按照频率分歧，分为次声波、可闻声波、超声波。

人可以或许听到的声波为可闻声波，频率在20Hz~20000Hz之间。20Hz以下频率称为次声波，20000Hz以上频率为超声波。次声波和超声波人是听不到的。

声波还有波长，波长计较公式为：λ=c/f

就是波长λ等于波速c除以频率。

人对声波频率感知规模为20Hz~20000Hz之间，声音在空气中的传布速度约340米/秒，这样得出人感知的声波等于λ=340/20~20000=17m~0.017m。

也就是说人措辞或者可以或许听到的声音波长在17米到0.017米之间，我们取一个10米波长值来作为您和“或人”打德律风的声音，那么您俄然以光速分开或者接近或者横着移动会是一个什么结果呢？

这里我们要领会一下生波的多普勒效应。

声波的多普勒效应早在1842年，就由奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒提出，并被验证，是以，这个效应就以其名字定名。

我们在糊口中经常可以体验声波的多普勒效应：当一列火车或汽车鸣笛标的目的您开过来时，您听到的声音会变高；而离您而去时，听到的声音就变低。

这是因为声波在活动中频率会发生转变，即波在波源标的目的不雅察者移动接近时，接管频率会变高；而波源远离时，接管频率会变低。不雅察者也就是接听者移动也是一样的结论。

波源或者不雅察者移动速度与频率的关系表达式为：f=（u+v）/λ或f=（u-v）/λ

式中，f为领受到的频率（Hz），u为波速（m），v为不雅察者或波源移动速度（m），λ为原有波源波长。

后来人们发现各类波都具有多普勒效应，电磁波也不破例。

我们此刻利用的手机也是如斯，当标的目的基站移动时，频率变高，反之频率变低。是以在远距离通信以及高速移动物体通信时，必需考虑多普勒效应影响。

如人类发射到太空的各类探测器和卫星，都需要按照多普勒效应予以调整，地面基站才可以或许领受到清楚的旌旗灯号。

光波也有多普勒效应，但光波的频率转变是经由过程眼睛不雅测而不是耳朵听到的，是以表示出来的是颜色转变，科学家们不雅测远方的恒星，若是像我们活动，看到的谱线就是想紫光偏向移动，称为蓝移；若是远离我们而去，则谱线标的目的红光偏向移动，称为红移。

宇宙在膨胀就是按照星光遍及红移确定的。

下面我们来说说在光速移动状况下，通话会发生什么环境。

按照题意俄然以光速运行的假设，可能会有三个成果，即标的目的声源接近，也可以认为标的目的接听者接近，接听者所能听到的声音频率为：

按照f=（u+v）/λ公式计较：

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

这个频率是30MHz，也就是每秒震动3000万次，是超高频率的超声波；并且按照波长公式，这种频率声波波长只有0.0000113米了。

按照前面交接的人类可以或许听到声波频率和波长，这种频率和波长的声音人是无法听到的。

那么若是声源以光速远离呢？

按照f=（u-v）/λ公式计较：

（340-300000000）/10=-29999966Hz

声波在20Hz以下就叫次声波，是人无法听到的，次声波最小的频率就是大于0到20Hz之间，这里的计较成果为负，并且负得良多，就是次声波也做不当作了。

这种声音是不存在的，也就是没有声音，怎么可以或许给听到呢？

那么以光速横移呢？分开的速度就可能不是光速了，但快慢要看平移的角度，但这个速度也减不了几多，除非您距离“或人”有1光年距离，才可能对分开的速度有较大影响。

此刻我们假定按一半光速来计较，看看多普勒效应是什么成果。

（340+150000000）/10=15000034Hz

（340-150000000）/10=-14999966Hz

得出的成果也不是人可以或许听到的。

是以即便按照这种经典的理论，在光速分开或者接近声源时，您底子就无法与“或人”通话，也无法听到他的反响。除非接听者不是人。

当然这些在光速面前都是扯淡，若是光速分开，电波与光速同步，是追不上的，声音永远也无法达到您的耳膜。

此刻来说说俄然光速运行假设不当作立的来由。

爱因斯坦狭义相对论认为，任何有静质量的物体都无法达到光速，别说一艘飞船和乘员，就是一只蚂蚁，一个质子和电子也不可。

100年来科学家们经由过程各类不雅测发现和尝试，已经无数次的证实了这个理论的准确。

在大型加快器里，人们用庞大的能量加快细小的质子或者各类粒子，再大的能量也只能使质子或粒子束接近光速，而无法达到光速。

并且越接近光速能量和质量越趋于无限大。这就证实了爱因斯坦关于物质达到光速，动质量将达到无限大的论断。

无限大是什么意思？就是一个质子要达到光速，动用全宇宙的能量也做不到，因为宇宙质量和能量都不是无限的。

这就是一个悖论。

光速限制表达式为：E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2)

这个公式表达的是，静止质量为m的粒子以速度v活动时所需的能量。

从中，我们可以得出，速度越高所需能量越大，当v趋近于光速c时，能量趋于无限大。

时候膨胀效应也将使通话无法进行。

狭义相对论告诉我们，在高速活动的参照系中，会发生时候膨胀，发生尺缩钟慢效应。

狭义相对论速度时候膨胀计较公式为：t‘=t/√[1-(v/c)?]

式中，t‘是速度时候膨胀效应值；t是低速系不雅测者第一个时钟时候记实；v是第二个时钟相对第一个时钟的移动速度；c为光速。

时候膨胀效应已经在太空航行中获得无数的验证，证实这个理论是准确的。

GPS定位卫星若是不按照时候膨胀效应来调校原子时钟，就无法与地面时候对应，而使导航定位掉之毫厘谬以千里；发射的太空探测器和各类卫星，若是不消这个理论调校，也不克不及精准导航和计较航路，无法达到目标地。

时候膨胀效应告诉我们，在高速惯性系里的时候与不雅测者的时候纷歧致的，高速系中的时候速度越快，时候越慢。达到光速，时候遏制，空间为零。

光速系中的体验者似乎时候没有过1秒，宿世上已过千年万年甚至亿年，这就是光速的多普勒效应。

在这样一个分歧的时候参照系中，您感觉还可以或许彼此通话吗？您在地球上说的一句话，在1亿年后可以或许传达到光速飞船里吗？那时“或人”已经到哪去了？您不知，我也不知。

是以光速极限理论和时候膨胀理论告诉我们，达到光速活动只能是痴人说梦或者幻想，而假设的光速活动中也不成能与外界通话。

感激阅读，接待会商。

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发表于 2020-06-11 02:00
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