火箭速度可以无穷大么?
根据狭义相对论理论, 物体的速度v与其固有质量m0不变时, 物体随运动质量m的增大而增大, 当运动质量为无限大时, 物体的速度也达到无限大, 即到达光速c, 而无论怎样加大能量也不可能使运动质量再增大, 因而速度也不可能大于光速c.
从动力学观点分析, 根据牛顿第二定律, 力是改变物体运动状态的原因, 有加速度就应有作用力, 物体要加速到光速以上, 必须有力作用在物体上。按爱因斯坦质能关系和狭义相对论中的运动质量公式, 要将具有固有质量的物体加速, 就须不断克服不断增大的惯性, 物体速度越接近于光速, 所需作用力就越大, 当物体速度为光速c时, 运动质量为无穷大, 所需的作用力也是无穷大, 自然界不存在无穷大的力, 所以, 物体不可能加速到光速。
从宏观上讲, 宇宙中具有固有质量的物体不可能加速到光速, 同时具有固有质量的两个物体的相对速度也不可能达到光速。一个具有质量的物体, 随着它自身速度接近光速, 它收到的冲量将趋于无限大, 但产生的加速度却趋于0.我们也可以反向推理, 具有一定质量的物体, 当达到光速时, 其质量将无限大, 物体受到任何冲量都不可能使其减速。同样, 该物体也不可能对其他物题施加冲量。
若从能量的观点分析, 当宏观物体的速度达到0.9c时, 在其固有质量基础上, 运动质量已增大了1.5倍, 即此宏观物体所携带的能量已增大到质能的1.5倍, 虽然此时相对宏观速度离光速仍有0.1c差, 但在其固有质量基础上, 运动质量还需增大2.3倍, 即此宏观物体所携带的能量还要在质能基础上增至2.3倍才能加速到0.9c, 可见, 要加速一宏观物体到光速所需能量将达天文数字, 自然界中不可能存在或产生如此巨大的能量, 要实现光速航行或加速到光速以上是不可能的。
火箭的飞行速度不能超过光速, 是因为它的速度提高受到它所携带推进剂量的限制。火箭飞行所需的速度增量, 是通过各级火箭发动机按顺序工作获得的。根据火箭方程式, 在一定比冲条件下, 火箭的速度增量只决定于发动机的喷气速度和火箭的质量比, 所以, 火箭的速度增量受到其质量和火箭发动机喷气速度的限制。
如果按照这个规律度量的话, 当我们所制造的火箭, 其喷气速度等于光速的时候, 它的质量比要达到e的29次方, 是一个大得不能再大的数, 现在世界上最大的重型运载火箭, 它的质量也不到这么大的数。由此可见, 而且这个质量和地球的质量相比, 也还要打上几倍。由此可见, 制造这种火箭是不可能的。
由此看出, 火箭的速度不可能等于或超过光速, 是因为按照工程科学技术条件, 不能制造质量达到如此巨大并按火箭规律飞行的飞行器。