太空中几乎没有阻力，如果火箭不停加速，能不能达到光速？

太空中几乎没有阻力，如果火箭不停加速，它能不能达到光速呢？对于这个问题，一个常见的思路就是，在没有阻力的情况下，假如一个物体一直有一个加速度，那么它的速度就会越来越快，而光速毕竟只是一个有限的速度，所以只要加速的时间足够长，火箭的速度尽早会达到光速。然而根据《狭义相对论》，这样的情况却不会发生，因为根据该理论可以推导出，一个有质量的物体的速度越快，它的质量就越大，当速度无限接近光速时，其质量也会趋向于无穷大，这就意味着，如果要一个有质量的物体加速到光速，就需要无穷大的能量，所以一个有质量的物体是不可能被加速到光速的，火箭当然也不例外。那么，在不考虑《狭义相对论》的情况下，火箭能不能通过不停加速达到光速呢？答案依然是否定的，下面我们来看看这是为什么。首先我们需要知道火箭的推力来自哪里，其实这可以通过一个思想实验来进行说明。

想象一下，假如你穿着溜冰鞋站在光滑的冰面上处于静止状态，而你的手上还有一个篮球，现在你将手上的篮球用力向前扔了出去，接下来会发生什么？如果你真的这么做了，那么你就会发现，当你将篮球向前扔出去之后，你就会向后滑行，你扔篮球的时候越用力，你向后滑行的速度也就越快。

在这个思想实验中，当你扔篮球的之前，你和篮球可视为一个动量矢量之和为零的系统，而在你扔出篮球之后，篮球就具备了一个向前的动量，而由于动量守恒，此时你就会具备一个向后的动量，以保证你和篮球的动量矢量之和为零，在这种情况下，你就会向后滑行，而由于一个物体的动量等于其质量与速度的乘积，所以你扔篮球的时候越用力，篮球的动量就越大，你向后滑行的速度当然也就越快。

实际上，火箭的推力也是来自动量守恒，我们可以将其简单地理解为，火箭不停地加速，其实就是不停地向后扔东西，并因为动量守恒而获得反向的推力，只不过火箭扔东西的方式是利用燃料剧烈燃烧时产生的能量向后喷出气体。

也就是说，如果忽略相对论效应，那么只要火箭喷出足够多的物质来提供加速所需要的推力，就可以达到光速，那具体要多少物质才算得上是“足够多”呢？其实这是可以计算的。

在火箭的加速过程中，由于它会不停地向后喷出物质，因此火箭的本身的质量也会越来越小，与此同时，火箭的速度也会越来越快，这样的情况将一直持续到火箭的燃料耗尽，而在没有阻力的情况下，火箭就将一直以当前的速度飞行，我们可以将这个速度称为火箭的“最终速度”，并将达到“最终速度”时的火箭质量称为“最终质量”。

实际上，这个动态的过程可以通过“齐奥尔科夫斯基公式”进行描述，该公式的表达式如图所示，其中“Δv”、“ve”、“m0”和“mf”分别代表火箭的速度增量、火箭的喷气速度、火箭的初始质量以及火箭的“最终质量”，“ln”则是取自然对数（即以常数e为底数的对数）。

可以看到，火箭的速度增量与它的喷气速度成正比，就目前的情况来看，人类的火箭最大喷气速度可达4500米/秒，我们不妨就取这个值。

为方便计算，我们可以将火箭的初始速度设为零，那火箭的速度增量就等于光速（299792458米/秒），再将火箭的“最终质量”设为1千克，将这些值代入“齐奥尔科夫斯基公式”就可以计算出，火箭的初始质量约为10^23245千克。

这是什么概念呢？这样说吧，根据科学家的估算，可观测宇宙的质量约为10^53千克，也就是说，与10^23245千克相比，即使是整个可观测宇宙的质量，都显得不值一提。

综上所述可知，就算我们不考虑《狭义相对论》、不考虑其他的干扰作用，比如说天体引力，太空中的微小阻力等等，并且还将整个可观测宇宙的物质都用来为火箭提供推力，也无法让太空中的火箭通过不停地加速来达到光速。相比起艰涩难懂的广义相对论，爱因斯坦在 1905 年提出的狭义相对论其实并没有像我们想象的艰深，那么狭义相对论究竟讲的是什么呢？今天我就用通俗易懂的方式带大家了解一下！

1687 年，牛顿发表了《自然哲学的数学原理》，标志着经典力学的建立，牛顿经典力学在很长时间里都成为了物理学家心中的圣经与权威。牛顿的经典力学的核心是伽利略变换，伽利略变换是经典力学中用以在两个只以均速相对移动的参考系之间变换的方法，属于一种被动态变换。伽利略变换构建了经典力学的时空观。

伽利略变换认为，在同一参照系里，两个事件同时发生，在其他惯性系里，两个事件也一定同时发生，时间间隔的测量是绝对的，长度测量也具有绝对性，经典力学定律在任何惯性参考系中数学形式不变，换言之，所有惯性系都是等价的（相对性原理）。

所以我们才会说伽利略变换构建了经典力学中的绝对时空观，时间和空间均与参考系的运动状态无关、时间和空间是不相联系的，是绝对的。也就是说空间、时间与物体的运动状态无关！

受经典力学的影响，物理学家认为宇宙到处都存在着一种称之为以太的物质,因为在经典力学里，曾经有两种力的概念存在．一种是接触力(如碰撞、压力或拉力等勒，另一种是超距件用力（如重力），在当时的观念里，似乎除了由直接接触所产生的那些作用之外不应有别的作用。

按照这样的观念，人们曾试图以接触作用力来解释牛顿的超距作用力，即认为超距作用力实际上是靠充满空间的媒质来传递的，传递方式或是靠这种媒质的运动，或是靠它的弹性形变．这样，便提出了以太假说。

他们普遍认为以太是传播光的媒介，引力甚至电、磁力是在以太中传播的，由此发展了“光以太”假说。除此之外，物理学家将这种无处不在的“以太”看作绝对惯性系，其它参照系中测量到的光速是以太中光速与观察者所在参照系相对以太参照系的速度的矢量叠加。

举一个简单的例子，你在火车上跑，那么你的小伙伴看来，你的速度=火车的速度+你在车上的速度发现没有，在这个理论当中，速度是可以叠加的，但是如果你的小伙伴在一辆速度相同的火车上看你，那么你的速度就是你在车上奔跑的速度。

所以其它参照系中测量到的光速是以太中光速与观察者所在参照系相对以太参照系的速度的矢量叠加。就是这个道理，也就是说光速会随着参照系的不同，也变得不同。

但是到了后来，麦克斯韦创建了电磁理论，实现了物理学的第一次大一统，麦克斯韦方程组构建了电动力学的基石，但却和牛顿的经典力学产生了矛盾。麦克斯韦建立的电动力学，有一个结果就是光速在不同惯性系是不变的，电光速是不需要相对于某个参考系而言的。在任何惯性参考系下，光速都是3×10^8m/s。

这个结果和经典力学的伽利略变换是相矛盾的。如果我们把伽利略变换应用于描述电磁现象的麦克斯韦方程组时，将发现它的形式不是不变的，也就是说光速不是一个固定的数值，即在伽利略变换下麦克斯韦方程组或电磁现象规律不满足相对性原理。

我们可以由麦克斯韦方程组得到电磁波的波动方程，由波动方程解出真空中的光速是一个常数。按照经典力学的时空观，这个结论应当只在某个特定的惯性参照系中成立，这个参照系就是以太。但是电磁理论却得出了光速在任何情况下是不变的，也就是说以太这个绝对惯性系是不存在的，一句话概括：电磁现象所遵从的麦克斯韦方程组不服从伽利略变换，导致了经典力学出现危机。

而为了否定电磁理论，捍卫经典力学的权威性。许多物理学家都开始去尝试证明以太的存在。其中之一的方法就是通过寻找光以太相对于地球的运动，来佐证以太的存在。著名实验物理学家迈克尔逊和莫雷就用干涉仪以寻找光以太相对于地球的运动做了实验观察．这就是著名的迈克耳孙—莫雷实验。

这个实验的用意在于探测光以太对于地球的漂移速度，从而证明以太的存在。因为在经典力学里，以太代表了一个绝对静止的参考系，而地球穿过以太在空间中运动，就相当于一艘船在高速行驶，迎面会吹来强烈的“以太风”。若能测定以太与地球的相对速度，即以太漂移速度，便可证明以太的存在。

迈克尔逊在1881年进行了第一次实验，想测出这个相对速度，但结果并不十分令人满意。于是，他和另外一位物理学家莫雷合作，在1886年安排了第二次实验。这可能是当时物理史上进行过的最精密的实验了。他们动用了最新的干涉仪。为了提高系统的灵敏度和稳定性，他们甚至多方筹措，弄来了一块大石板，把它放在一个水银槽上。这样就把干扰的因素降到了最低的限度。

然而，实验结果却让他们无比震惊和失望：两束光线根本就没有表现出任何的时间差。以太似乎对穿越于其中的光线毫无影响。根本测量不到地球相对于以太参照系的运动速度。 地球相对以太不运动。此后其他的一些实验亦得到同样的结果。迈克尔逊和莫雷不甘心，一连观测了四天，情况都是一样。迈克尔逊和莫雷甚至还想连续观测一年，以确定在四季中，地球绕太阳运行对以太风造成的差别。但因为这个否定的结果是如此清晰而不容质疑，这个计划被无奈地取消了。

随着迈克耳孙—莫雷实验的多次失败，证明以太的存在捍卫经典力学的权威性的想法宣告破产。这个时候，著名物理学家洛伦兹为了在承认光速与参照系无关的条件下，拯救以太假设，便抛弃了空间间隔和时间间隔与参照系无关的绝对观念。在他看来，常驻以太参照系是基本参照系，在这个参照系中，时间是均匀流逝的，空间是均匀的，各向同性的。任何实际参照系都相对于这个基本参照系运动着。