Was passiert, wenn wir mehr Kraft auf ein Objekt ausüben, das sich mit nahezu maximaler Lichtgeschwindigkeit bewegen würde? [Duplikat]

Wenn Sie eine Kraft (in Bewegungsrichtung) auf ein Objekt mit Masse anwenden, das sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt, wird das Objekt beschleunigen und seine Geschwindigkeit wird noch näher an die Lichtgeschwindigkeit herankommen. Aber keine Kraft kann es dazu bringen, die Lichtgeschwindigkeit zu erreichen oder zu überschreiten.

Der Grund, warum sich Objekte auf diese Weise verhalten, ist, dass der Impuls es nicht ist$m\mathbf{v}$wie Newton dachte; es ist in der Tat$m\mathbf{v}/\sqrt{1-v^2/c^2}$wie Einstein erkannte. Das Aufbringen einer konstanten Kraft führt dazu, dass der Impuls unbegrenzt zunimmt, aber der Impuls wird willkürlich groß, wenn sich die Geschwindigkeit nähert$c$.

Es gibt keine Möglichkeit, Kraft auf Licht auszuüben. Es bewegt sich (im Vakuum) immer mit Lichtgeschwindigkeit und kann weder beschleunigt noch verlangsamt werden.

Warum? Nun, Photonen haben keine Ladung, also spüren sie keine elektromagnetische Kraft; tatsächlich tragen sie elektromagnetische Kraft. Sie spüren auch nicht die starken oder schwachen Kernkräfte. Sie spüren die Gravitationskraft, aber sie bewegen sich dadurch nicht schneller oder langsamer. (In der Allgemeinen Relativitätstheorie bewegen sie sich einfach auf lichtähnlichen Geodäten.) Diese vier Kräfte sind alle die fundamentalen Kräfte, soweit wir wissen.

Es gibt viele experimentelle Beweise für diese Tatsachen.

Seine Geschwindigkeit würde noch näher an die Lichtgeschwindigkeit herankommen, wenn auch tendenziell verschwindend klein , so wie die Anfangsgeschwindigkeit zur Lichtgeschwindigkeit tendiert; und die Masse würde unbegrenzt zunehmen. Es wird einfacher, sich vorzustellen, wie man Energie in das Teilchen einbringt, anstatt Kraft darauf anzuwenden. Man könnte gut sagen, dass , wenn die Bewegung des Körpers das Newtonsche Regime (Geschwindigkeit ein kleiner Bruchteil von c ) gegen das ultrarelativistische Regime (Ruhemassenenergie m₀c² ein kleiner Bruchteil der kinetischen Energie) austauscht, eine Geschwindigkeitszunahme für eine gegebene kleine Impulszunahme (klein Bruchteil von m₀c ) istgegen Massenzunahme bei gegebener Energiezunahme ausgetauscht ( die relativ zu m₀c² nicht klein sein muss) . Dieses Phänomen wird routinemäßig beobachtet: Für Physiker, die mit Teilchenbeschleunigern arbeiten, ist es so selbstverständlich wie für einen Städter das Passieren von Fahrzeugen auf der Straße; und deshalb hat ein elementares Zyklotron eine obere Grenze für die Energie, auf die es Protonen von ~ 42 MeV beschleunigen kann.