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根據相對論,速度越快質量越大,速度足夠快的物體會變成黑洞嗎?

即使在愛因斯坦的狹義相對論中,高速移動也不會影響你的質量。出於某種原因,大學前的老師,科普讀物,和舊的物理教科書都聲稱當物體以更高的速度運動時,物體會獲得質量。如果你定義某物為 「相對論性質量」,它與普通質量完全不同,那麼這個說法就可以是正確的。但是這樣做會讓人感到困惑和誤導。

現在的物理學家不再將物體的運動能量視為「相對論性質量」,因為這樣做是有誤導性的。當一個物體獲得速度時,它所獲得的實體被稱為「動能」,即使在狹義相對論中也是如此。一個移動物體的總能量是它的靜止能量加上它的動能。物體的靜止能量包含在它的質量中。

運動物體的相對論總能量是:

在這個方程中,m是物體的質量(無論物體運動的速度有多快,它都不變),c是光速,v是物體的速度。如果物體不運動,v=0,那麼就沒有動能,總能量等於靜止能量。把v=0代入方程,我們得到了著名的方程E=mc2。物體的靜止能量是mc2,也就是靜止能量完全以質量的形式存在。動能EK,也就是總能量減去靜止能量:

這個方程告訴我們,隨著速度的增加,動能增加,但質量永遠不會改變。當物體速度v接近於真空中的光速c時,動能就變成無限大。能量守恆定律告訴我們,要讓一個具有無限動能的物體運動,我們必須給它無限的能量。這個行為顯然是不可能的,因為在可觀測宇宙中只有有限的能量。這意味著,有質量的物體永遠不能以真空中的光速運動,因為這個狀態需要無限的能量。但是物體可以非常接近光速。

質量是一個物體的屬性,它描述了兩件事:

(1)物體對加速度的阻力。當一個給定的力作用於物體時,質量越大加速度越少。

(2)物體可以體驗重力。在給定的引力場中,較大質量物體感受到更大的力。

當一個物體以高速運動時,它對加速度的阻力和感受重力的能力不會改變。因此,當物體以高速運動時,物體的質量不會改變。這個事實是由愛因斯坦的理論所預測並通過實驗驗證的。一個物體永遠不能變成一個黑洞,甚至不能通過加速使它稍微加重。

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