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(jīng)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(xiàn)=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(yīng)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(tǒng)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(chǔ)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(jīng)歷的速度都很低，所以通常情況下牛頓定律已經(jīng)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(zhì)量，我們的傳統(tǒng)思維認為物體的質(zhì)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(zhì)量是一個變量，速度越大質(zhì)量就越大，這就是相對論的公式之一，質(zhì)增效應(yīng)。

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(zhì)量也會變大。當速度無限接近光速時，物體的質(zhì)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(shè)是完美環(huán)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(zhuǎn)換為動能的過程。

一般情況下，我們都會設(shè)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(shè)定為零，這并不重要也不影響最終的結(jié)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(zhuǎn)換為了物體的動能。

當物體落到地面上時，最終轉(zhuǎn)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(fā)，然后飛到無窮遠處。那么這個物體在出發(fā)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(fā)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?yōu)椋阂粋€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(jīng)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?nèi)粘Ｉ畹腻e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(shù)學(xué)計算，1+1/2+1/4+1/8......雖然有無窮多項相加，但得到的數(shù)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(yīng)該都會計算，初中水平就能算出來！