一個物體從無窮遠的地方自由落體到地球，速度會超光速嗎？

日常生活經驗告訴我們，一個物體自由落體，如果沒有摩擦力等因素的影響，速度會越來越快，牛頓第二定律早就告訴我們了這一點。

牛頓第二定律公式，F=ma，很簡單易懂的公式。公式表明，只要給一個物體施加力，物體就會獲得加速度，這意味著物體的速度就會越來越大。在理想情況下，物體的最終速度應該能超過光速，只要時間足夠長就可以。

不過愛因斯坦的橫空出世顛覆了我們的這種傳統認知。愛因斯坦的相對論告訴我們，時空并不是絕對的，而是相對的，物體的運動會影響周圍的時空。

牛頓定律是建立在絕對時空觀基礎上的理論，只適用于低速世界，一旦速度達到亞光速，牛頓定律就不再適用了，必須用相對論才能詮釋。

因為牛頓定律只是相對論在低速世界的近似值，一個特例罷了。由于我們生活的世界經歷的速度都很低，所以通常情況下牛頓定律已經足夠用了。

但是一旦來到高速世界，就必須拋棄牛頓定律，用更精確的相對論才可以。

還是拿牛頓第二定律F=ma來說明，公式中的m指的是物體的質量，我們的傳統思維認為物體的質量是一個固定不變的量，其實不然，在愛因斯坦的相對論體系下，物體的質量是一個變量，速度越大質量就越大，這就是相對論的公式之一，質增效應。

所以，不管給物體施加多大的力，都無法達到或者超越光速。因為隨著速度變大，物體的質量也會變大。當速度無限接近光速時，物體的質量達到無窮大。想要物體再加速就需要無窮多的能量，整個宇宙的能量都不夠，這顯然是不可能的。

而自由落體的過程，就相當于一直給物體施加力量，因為引力也是一種力。所以任何自由落體的物體速度都不可能達到光速。

那么，一個物體從無窮遠處朝地球做自由落體，最終的速度到底能到達多少呢？

這里假設是完美環境，沒有任何摩擦力，而且物體只受到地球引力的影響。物體落向地球的過程，速度會越來越快，因為這個過程其實就是引力勢能轉換為動能的過程。

一般情況下，我們都會設定物體在無窮遠傳的勢能為零，這種情況下計算起來更方便。其實任何位置的勢能都可以設定為零，這并不重要也不影響最終的結果，因為哪個位置為零并不重要，我們最終取的是勢能的相對量。

如果物體在無窮遠處的勢能為零，那么落向地球的過程中，物體的勢能就是負的，而且越來越小，減小的勢能轉換為了物體的動能。

當物體落到地面上時，最終轉化為動能的勢能有多少呢？可能一時并不好計算，也不太好理解。但如果我們換一種思維方式就很容易理解了。

我們可以把整個過程反過來，讓一個物體從地球上出發，然后飛到無窮遠處。那么這個物體在出發的瞬間的勢能就是物體從無窮遠處落到地面的勢能，而物體出發瞬間的速度就是從無窮遠處落到地面的速度。

所以，問題就演變為：一個物體以多快的速度才能從地球飛到無窮遠處呢？

或許你已經猜出來了，這個速度就是每秒11.2千米，也就是第二宇宙速度。

第二宇宙速度就是物體逃離地球引力的速度。其實也可以理解為物體沒有逃出地球引力，只是飛到了無窮遠處再墜落到地球上，這也可以理解，畢竟引力的作用范圍是無窮遠的。

既然一個物體以每秒11.2千米的速度就可以飛到無窮遠處，那么物體從無窮遠處自由落體到地球上，最終的速度也就是每秒11.2千米。

看到了吧，物體最終的速度不但不能超越光速，而且與光速相比還相差甚遠。為什么會相差這么大呢？這就是我們日常生活的錯覺造成的。

物體自由落體過程中確實一直在加速，但加速的幅度非常有限。物體的重力加速度是個不斷變化的，在無窮遠處的重力加速度為零，到達地面重力加速度為9.8，而從0到9.8的過程其實就是微積分的變化過程，物體速度的確越來越快，但最終肯定是一個定值。

這就相當于一個簡單的數學計算，1+1/2+1/4+1/8......雖然有無窮多項相加，但得到的數并不是無窮大，而是一個定值，而且是很小的定值，具體大家應該都會計算，初中水平就能算出來！