能量与动量

相对论动量

动量衡量一个物体携带了多少「运动」——粗略地说,就是它有多难被停下来。在牛顿的世界里,它只是质量乘以速度,p = m v。相对论保留了这个想法,但通过引入洛伦兹因子在高速下加以修正,于是真正的公式是 p = gamma m v,其中 gamma = 1/sqrt(1 - v^2/c^2)。

在日常速度下,gamma 几乎正好等于 1,所以相对论公式与课本里的公式吻合到许多位小数。但当物体的速度向光速攀升时,gamma 会无止境地飙升,动量也随之飙升。同样大小的推力,能轻松加速一个慢速物体,却几乎无法撼动一个已经接近光速运动的物体。

这种失控的增长,正是任何有质量的物体永远无法达到光速的深层原因。要达到光速,你得给它无穷大的动量,而这需要无穷大的能量——任何有限的推力都无法提供。可以想象去加速一辆车,它越接近某面永远碰不到的墙,就越难被推动一点点。

p = γ m v, γ = 1/√(1 − v²/c²)

动量比速度增长得更快,当 v 趋近 c 时发散到无穷。

在碰撞中真正守恒的是相对论动量;牛顿的 m·v 只是在低速下成立的近似。

又称
p = γmv相对论性动量