根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，如果在繩子的這頭拉一下，那么另一頭馬上就可以感覺到。因此可以說，繩子是可以傳遞信息的，我們只需要事先約定好拉繩子的各種細(xì)節(jié)，就可以通過拉繩子來進(jìn)行通信，我們甚至還可以想象，假如我們能夠在火星和地球之間牽根繩子，那么火星和地球也可以通過這種方式進(jìn)行通信。

?

進(jìn)一步想，火星和地球之間最近的距離都有5500萬公里，即使是以光速前進(jìn)，也需要大約183.5秒才能跑完這段距離，而我們?cè)诘厍虻倪@頭拉一下繩子，火星那一頭馬上就收到了信息，這不就是超光速通信嗎？

通過拉繩子，能實(shí)現(xiàn)超光速通信嗎？

?

?

從理論上來講，如果想要通過拉繩子來實(shí)現(xiàn)無延遲的通信，就必須要求這根繩子不會(huì)因?yàn)榱Φ淖饔枚a(chǎn)生形變，并且其內(nèi)部各點(diǎn)的相對(duì)位置也不會(huì)發(fā)生改變，換句話來講就是，這根繩子必須是“絕對(duì)剛體”。

然而“絕對(duì)剛體”只是一種理想的模型，在宇宙中并不存在這樣的物質(zhì)，所以我們?cè)谟懻撨@個(gè)問題的時(shí)候，就必須要考慮繩子形變所造成的延遲問題。

毫無疑問，繩子是一種固體，從微觀的角度來看，固體是由若干個(gè)原子構(gòu)成，在固體的內(nèi)部，原子在電磁力的作用下形成了有規(guī)律的晶格，大概是這個(gè)樣子。

?

當(dāng)我們拉繩子的時(shí)候，繩子一端的原子受力發(fā)生了位移，這就會(huì)造成繩子發(fā)生形變，相應(yīng)的電場(chǎng)分布也會(huì)隨即發(fā)生改變，在此之后，鄰近的原子會(huì)對(duì)這種變化作出響應(yīng)，使受力運(yùn)動(dòng)到達(dá)新的位置，這種受力運(yùn)動(dòng)又會(huì)傳遞給更遠(yuǎn)的原子。

我們可以簡(jiǎn)單地理解為，第一層的原子受到拉力之后，會(huì)去“拉”第二層的原子，接下來，第二層的原子又會(huì)去“拉”第三層的原子……在這個(gè)過程中，我們對(duì)繩子施加的拉力就在這樣一直傳遞下去，直到被繩子的另一頭感受到。

?

可以看到，這種力的傳遞其實(shí)就是一種機(jī)械波，而機(jī)械波是具有一定的速度的，那么假如我們?cè)诨鹦呛偷厍蛑g牽根繩子，在這頭拉一下，另一頭多久能感覺到呢？其實(shí)這是可以計(jì)算的。

在不同的介質(zhì)中，機(jī)械波的傳播速度也是不一樣的，這可以用公式“v = 根號(hào)下（K/ρ）”來進(jìn)行計(jì)算，其中K代表介質(zhì)的彈性模量，ρ代表介質(zhì)的密度。我們先來看看，如果這根繩子是一根鋼絲繩是什么情況。

?

鋼絲繩的彈性模量一般在190至210GPa之間，這里我們不妨取值200，已知鋼的密度約為7.85 x 10^3千克/立方米，將這些數(shù)據(jù)代入公式，我們就可以計(jì)算出，機(jī)械波在鋼絲繩內(nèi)的傳播速度約為5千米/秒。

也就是說，如果我們趁著火星距離地球最近的時(shí)候（5500萬公里），在兩者之間牽根鋼絲繩，那么當(dāng)我們?cè)诘厍蛏侠艘幌吕K子之后，我們所施加的拉力將以5千米/秒的速度向火星傳遞，而當(dāng)繩子的另一頭感覺到的時(shí)候，已經(jīng)是127天之后了。

那有沒有更好的材料來制作這根繩子呢？答案是肯定的。

?

碳納米管是目前已知的可以用來做繩子的最佳材料，其彈性模量可以高達(dá)1TPa，密度卻只有約2.1 x 10^3千克/立方米。然而經(jīng)過簡(jiǎn)單地計(jì)算我們就可以得出，機(jī)械波在碳納米管中的傳播速度也只有690千米/秒，與高達(dá)299792.458千米/秒的光速相比，這種速度根本就不值一提。

從理論上講，只有在彈性模量無限大的介質(zhì)中，機(jī)械波在其內(nèi)部的傳播速度才能做到“瞬間即達(dá)”，從而實(shí)現(xiàn)超光速通信，遺憾的是，只有“絕對(duì)剛體”才能滿足這個(gè)要求，而我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)提過，這樣的物質(zhì)在宇宙中并不存在。

所以結(jié)論就是：就算我們能夠在火星和地球之間牽根繩子，也無法通過拉繩子來實(shí)現(xiàn)超光速通信。

順便講一下，我們?cè)谌粘Ｉ钪兄詴?huì)認(rèn)為在繩子的這頭拉一下，另一頭馬上就可以感覺到，其實(shí)是因?yàn)槔K子太短了。比如說對(duì)于一根100米長(zhǎng)的鋼絲繩而言，拉力只需要0.02秒就可以傳遞到另一頭，而如此短的延遲時(shí)間，我們通常是察覺不到的。


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情
?