利用萬有引力加速為什麼不可以超光速？

11-27

假設宇宙中有孤立的，距離足夠遠的兩個星體（忽略外部萬有引力作用）。在萬有引力作用下會逐漸靠近且加速，那麼經過足夠長的一段時間後，是否能達到近似光速或超光速？

我覺得這個問題並不如樓上幾位所說的這麼簡單。

考慮一個黑洞，粗略地來說，視界內部的一個粒子需要超光速才能跑到視界外面去，這是做不到的；但是反過來說，一個無窮遠處的粒子受萬有引力作用是可以落向黑洞內部的，在它處於視界內的時候是否已經超光速了呢？

這個問題我在豆瓣看到過，這裡把組長Everett大大的回答引過來，如果侵犯著作權請立刻聯繫我：

這個問題其實很棒！就是考慮從遠處釋放一個落向Schwarzschild黑洞的自由落體，問落體在黑洞視界內的速度是不是會超過光速。樓主雖然說了一些諸如「星球質量無限大」之類的話，但是我們可以理解，這個問題的設定其實應該是「一個質量有限的黑洞」就可以了。由於黑洞的奇點是點狀的引力源，這才使得問題變得有趣起來（從經典引力的角度考慮，勢能在奇點附近是發散的，因此可以提供無限的動能）。

蝶同學提到「如果涉及到黑洞，其實物體落入黑洞的速度確實可能超過光速，就像其逆過程——逃逸速度必須超過光速一樣。」我覺得這是很贊的思路，也抓住了問題的實質：如果拋體需要超過光速才能被拋出視界，那麼作為逆過程，落體進入視界以後的速度也應該超過光速（否則這個落體不可能在視界之外存在過）。

蝶同學還進一步提到這裡存在兩種視角：一個是在遠處的旁觀者，一個是在落體附近的局部觀察者。對於遠處的旁觀者來說，他會看到落體先加速落向黑洞，然後到視界半徑3倍的地方達到最大速度，之後就開始減速，最後緩緩飄落向視界，同時伴隨著無限的引力紅移在視界上黯淡消失。你可以認為，這是因為越靠近視界，落體的時間看起來越慢，因此儘管落體也許很快衝過了視界，但是遠處的觀察者看到的都是慢動作，而且在視界上這個時間幾乎就停下來了，所以成為了凝固的畫面。整個過程中，落體所達到的最大速度並沒有超過光速。

當然小紫花同學不喜歡這種視角。正如他說的，一系列固定的局部觀察者們會看到落體速度按照[;v=-(r_s/r)^{1/2};]不斷增加（其中[;r_s;]就是視界半徑），並且正好以光速穿越黑洞的視界。所以最神奇的問題出現了：落體穿越視界以後是否還繼續加速？如果是的話，那麼它在視界內的速度真的就會超過光速！

對待這個問題有兩種哲學態度。一種觀念認為，因為沒有信息可以被帶出視界，因此視界內的事情都是不可實證的，所以從實證主義的角度來看，這是沒有討論意義的。就是說超光速了又怎樣，反正宇宙監督原理把所有理論物理上不自洽的垃圾，全都打包封裝在事件視界這個垃圾袋裡面了。另一種觀念認為，如果我們相信廣義相對論，對數學有信心，也許可以從純粹理論的角度討論一下視界裡面的景象。而且我們知道，所謂的視界是遠處的觀察者劃定的，對於落體來說，其實並不會在穿越視界的時候有什麼奇特的感受。那個Schwarzschild度規在視界的奇異性是假的，其實那裡的時空很正常，只有奇點的奇異性是真的。

因此如果我們「真的可以」（其實不可以，下面再說）在落體的軌道上安排一系列相對於奇點靜止的固定觀測站，並且一直安排到視界內部，那麼這些局部觀測者就能看到落體以光速穿越黑洞視界，然後繼續加速，以超光速落向奇點這樣。從落體的角度來說，它看到觀測站一個一個從身邊飛過，而且越來越快，可以想像，速度公式[;v=-(r_s/r)^{1/2};]會一直成立，並延續到視界內部。儘管按照Schwarzschild度規的話，在視界內部時間和空間都是虛的，但是兩個虛數還是可以比出一個實數的，對吧。我想這也許是讓樓主最興奮的結論，所以說可以超光速咯，相對論是錯的~~~

但是，其實我在假設裡面隱藏了一個錯誤。就是我們真的可以建立相對於奇點靜止的觀測站嗎？這種事情在視界外是可以的。但是在視界內，連光都無法逃脫落向奇點的命運，所有的觀測站也都不可避免地落向奇點，奇點就是一切未來的歸宿。所以如果要在視界內保持相對奇點的靜止，除非觀測站本身就是超光速的！那麼在這樣的觀測站里，看到窗外超光速的落體也就不奇怪了。所以儘管從理論上說，落體在視界內的速度（相對於奇點）是超光速的，但是視界內沒有任何物理的觀測者能夠觀測到這個「超光速」。因為他們也都在落向奇點，和那個落體一樣。在他們看來，落體的速度至多接近於光速，而具體是多少嘛，那就取決於觀測站自己的推進引擎的火力有多大了。

總而言之，我們看到參考系的選取在這個問題中實在是太重要了。如果選取物理上可以實現的參考系，無論是遠處的旁觀者，還是視界外的固定站，還是視界內的共動站，都不會得出超光速的結論。只有選擇了奇怪的參考系，才會得出奇怪的速度。事實上，選擇一個超光速的參考系，在任何問題中都能得到超光速的結論。還有就是想告訴樓主，如果不考慮相對論的話，那麼在任何參考系內都可以隨便超光速，自由落體的速度也可以到達無窮大（如果你的小星星真的是個點的話）。

出自豆瓣物理學小組：自由落體的一個假想實驗

光速是超越不了的，你說的萬有引力是牛頓的東西，在相對論中，引力不同於普通意義上的力，而是有質量的物體引起的周圍時空的彎曲。因為太陽消失的話，地球要在將近8分鐘之後才會感到沒有光了（光從太陽到地球大概要8分鐘左右的時間），而依照牛頓力學中對於萬有引力的理解，地球會在太陽消失的同時，察覺到太陽對於地球引力的消失，從而飛離軌道，那麼也就是說，這種力的傳導超越了光速，所以相對論重新定義了引力。最後的各種觀測實驗也證明相對論是對的（比如對水星軌道的計算），現在航空航天的相關計算，應該都是用相對論而不用牛頓的萬有引力理論了，因為偏差太大。

轉載相關聲明：本答案禁止除知乎日報以外的任何媒體/企業或個人的進行商業性轉載。非商業性轉載請註明出處。
免責相關聲明：本人文科生，本人不具備專業的科學素養，本人所發表的觀點不具備科學指導能力，本人所發表的觀點僅供參考。

看了Bz Zhou的答案，豁然開朗。題主問的是為什麼《利用萬有引力加速為什麼不可以超光速？》
以及題主的補充問題裡面：

在萬有引力作用下會逐漸靠近且加速，那麼經過足夠長的一段時間後，是否能達到近似光速或超光速？

那麼答案顯然是「能」
達到近似光速太容易了~就不說了...
至於超過光速，我本來的答案是不能的。
後來看了Bz Zhou的答案，才發現的一個問題
題主根本就沒有說「信息」的傳播速度，而是說星體可否被加速超過光速。

目前的理論認為信息的傳播速度無法超過光速。
掉進黑洞視界的物體信息會停留在視界上。

-----------------------------------以下為我之前的原文，未有任何刪改

速度越大攜帶的能量就越大，
攜帶的能量越大質量就越大，
質量越大加速其所需要的能量就越大，
加速其所需的能量越大加速其就越慢，
加速其越慢其速度變化就越慢，
其速度變化越慢就越難到達C。

其速度可能會無限趨近於 C，但無法到達...

再講就複雜了。如果感興趣可以先看《時間簡史》

----------------------------------------補充一下

在目前的科學技術和主流學術觀點認為：
信息的傳播速度不可能超過光速。除非「這個東西」不攜帶信息。（我只能用「東西」來表達這個意思了，感覺用物體或者物質都無法描述這個概念）
有質量的物質不可能被有限次加速到C，理由就是速度越快，被加速就越難。

------------------------------------------擴展一下

目前比較靠譜的「超光速」航行方案都屬於空間畸變方案。

就是將空間扭曲縮短路程來實現象徵意義上的超光速。

舉個例子：是「蟲洞方案」就是說空間被大規模摺疊從更高維度的空間經過而到達目的地。
就好比說一場環體育場400米賽跑，路程正好是一個近似橢圓。然後我跑一半路程（200米）時，直接橫穿體育場（100米）跑到終點。看似我速度快，實際上我少跑了100米。

那麼如果把這個比賽看作 c比賽。賽道是一個完美的圓（起點終點為同一點），長度為1Ls。然後我們都開著空間航行器。空間航行器的極限速度都是0.5c，且加速都是瞬間加速到0.5c
也是我跑了1/4賽程（0.25Ls）用了0.5秒，然後直接抄近路返回起點（也就是終點）
這段路程的長度應該是 $sqrt{2(Ls/2pi )^2}$ 呃這麼個東西...（我是文科生，數學不太好幸虧還有點幾何底子）經過這個路程應該是花了 $sqrt{2(Ls/2pi )^2} /0.5$ 秒的時間
然後呢，從賽道的上來說我在用了0.5+ $sqrt{2(Ls/2pi )^2} /0.5$ 的時間跑完了1Ls的里程。顯然我超越了光速
但其實呢，我總共跑了 0.25Ls+ $sqrt{2(Ls/2pi )^2}$ Ls這麼長的里程。而花了
0.5+ $sqrt{2(Ls/2pi )^2} /0.5$ 秒這麼長的時間。實際上並沒有超越光速。

我是物理渣，但是我覺得題主需要補充一下相對論的知識。不是知道了牛頓定律就可以無限遐想了…

喂喂，您們沒有人提出引力子假說嗎？

可以自己算啊！！！
一質點被放在離引力源無限遠處但引力不可被忽略，用經典力學理論可以知道當質點位於引力源的事件視界時達到光速，然後，進入黑洞，然後，你就看不到了........
用經典力學都可以推出上帝不會讓你看到達到光速的物體........

利用萬有引力加速仍然是勢能轉化為動能，能量是守恆的，不可能達到光速。
我在擴展一下一下萬有引力的理解和光速不可達到：
1.假設你用手加速的推一杯半滿的水，水會不會傾斜，並且水受力與質量正比。這就是一種贗力。萬有引力（重力）其實與這種有加速度的贗力不可區分。它也與質量成正比。那麼如果引力是一種贗力，那麼為什麼中國和地球對面的美國都受到向心的引力呢？你可以試想我們處在一個三維空間上，如果地球在四維空間加速運動，那麼就不會對這個問題懷疑。
2.牛頓定律是說Ft=mv，力只能使速度變大。但是相對論認為當速度一定大時，就會引起質量的增大（洛倫茲變換）。也就是說物體會越來越重，因此只能無限接近於光速，不能達到光速。

自由落體的一個假想實驗

我有一位在美國讀天文物理的朋友回答了類似的問題，樓主可以參考下

引力也是有速度的，實際上就是光速。再者說，引力會影響光嗎，我覺得不會，因為沒有質量。光線在引力場中有時候不走直線，不是因為引力對光的作用，而是因為空間彎曲了，從這個角度看，光走的還是直線

引力波也只有光速而已。

為什麼要超越

大哥如果沒記錯的話你說的是經典力學，沒有質量不會受萬有引力，有質量到不了光速

樓主為什麼要這樣假設，有什麼意義呢，就算有巨大的能量去加速一個物體也不會超光速。

樓上為什麼要冷嘲熱諷題主呢，其實我覺得題主腦子很好使啊，自己發現了牛頓萬有引力和狹義相對論相悖的地方，至少我在學習了牛頓萬有引力和狹義相對論的時候沒想到這點。只不過提問方向有點問題。這題可以這麼問，萬有引力作用的生效速度是超過了光速么？這個問題促使了愛因斯坦在提出了狹義相對論繼而又提出了廣義相對論，解決了該悖論。題主有興趣可以去看看霍金的時間簡史，相信會有幫助的。
不過呢，樓上說的其實也沒錯，基礎物理不光光靠異想天開就可以發展的，是建立在大量的理論基礎上之後的合理想像上的。題主既然對這方面有興趣，何不去深入學習一下，繼而提出更深刻有更值得思考的問題呢？

其中一個是黑洞，接近視界的時候應該是可以接近的