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※ 本文為 MindOcean 轉寄自 ptt.cc 更新時間: 2020-03-22 11:58:25
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作者 jfsu (水精靈)
標題 Re: [問卦] 愛因斯坦為何知道不能超過光速
時間 Sun Mar 22 00:24:44 2020

※ 引述《narukamis (創設金城5)》之銘言：
: 如題
: 愛因斯坦說沒有東西能比光速快
: 那他是怎麼知道的?
: 該不會是他曾經試過跟光速賽跑
: 但不管怎樣都跑不贏
: 所以才知道
: 有沒有八卦

印象中，這個算是月經題了。

根據牛頓的理論，光速就是光速，沒有什麼特別，要超越光速絕對辦得到。只要你
跑得跟光一樣快，光在你眼前就是靜止。不過，並沒有人看過光完全靜止，
傳統的牛頓理論在此是說不通的。

愛因斯坦在電磁大師馬克士威的理論中發現，光速是常數。不管你是向著它、背著它
移動，它都以同樣的速度前進。這樣一來，牛頓力學將完全崩潰，因為在他的理論中，
你在地球上的時間、長度與在其他星球的都完全一樣，這也表示在光速不變的情況下，
時間與空間必須產生難以想像的扭曲。


但是根據愛因斯坦的觀點，在加速前進的太空船裡，時間流動會變慢，船內的空間會
遭到壓縮。假設你站在地球上、可以透過望遠鏡看到太空船內部，你會發現，裡頭的
時間變慢了，船員的行動變得跟烏龜一樣緩慢，身體也變得跟扁魚一樣扁平。


如果可以的話，要是太空船以光速前進，內部的時間將會停止、太空船會一直壓扁到
消失不見，質量則會膨脹到無限大！

你會想說，夭壽喂～這種情況怎麼會花生？？！！是啊，也就是如此，愛因斯坦才說
要突破光障(light barrier)是不可能的！如同二次元宅宅與三次元現充總是存在不可
交流的次元之壁一樣。


ps.物體移動越快，重量越重，表示移動的能量轉換成質量，你可以透過E=MC^2來知道
　 有多少能量轉換成質量。

後來愛因斯坦提出了比狹義相對論更強大的武器：廣義相對論，換一個字，當然差很多。
根據廣義相對論，時空就像西索的念能力『伸縮自如的愛』一樣，能縮能伸；
在特定情況下，這塊布可以延伸得比光還快！狹義相對論只能適用於局部地區，如太陽系
；要是考慮整個宇宙，就必須改用廣義相對論！

19世紀末期，從牛頓力學、熱力學和統計力學到馬克士威電磁理論，形成了經典物理學
(或稱為古典物理學)大廈的三本柱。當時，英國著名的物理學家克耳文爵士在英國皇家
研究所的新年慶祝會上，發表了一篇名為《在熱和光動力理論上空的十九世紀烏雲》

（Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light）
的演講。他認為今後物理學家只要替大廈的外觀做些補強的工作，使它更加完美即可，
只不過「動力理論主張熱和光都是運動的方式，現在這個理論的優美性和清晰性，
正被兩朵烏雲所籠罩。」

這兩朵烏雲分別指的是經典物理在光以太和馬克士威-波茲曼能量均分學說上遇到的
難題，它們帶來了一場前所未有的狂風暴雨，從根基上動搖了這座大廈，完全顛覆對
經典物理理論的認知，最後分別誕生出相對論和量子力學。


大家都知道，水波的傳播需要有水做媒介，聲波的傳播則是需要空氣做媒介，可是，
地球離太陽一億五千萬公里，這之間既無水也無空氣，在這近乎真空的環境，太陽光
靠什麼來傳播？


於是物理學家就給光找了個傳播介質：「以太」，這個詞是源自於古希臘，原意是
高空，亞里斯多德認為下界為水、火、土、氣四個元素所組成，上界加第五元素，
以太(ether)」，即是一種媒介物質。1664年，笛卡兒(R.Descartes)首先將它用於
科學，說天體或其他物體間的作用就靠它。


牛頓發現萬有引力之後，碰到了第一個難題：在宇宙真空中，引力是由什麼介質傳播？
為了能有一個解釋，他只好採用笛卡兒的說法，認為以太是宇宙真空引力傳播的介質。
如此一來，許多難題迎刃而解，法拉第的電磁力需要它，馬克士威證明光也是一種

電磁波，當然光的傳播也要靠它。更重要的是，以太的存在正好說明牛頓的絕對
時空觀，它是一個絕對靜止的參考系，地球、太陽等一切運動都相對於它而進行。

「笛卡兒所設想的以太是一種作漩渦運動、球形的無重物質，充滿了整個宇宙」，
當德國物理學家麥古拉指著天空侃侃而談時，對黏性流體的運動十分感與趣的
英國物理學家斯拖克斯(George Stokes)說：

        「啊，好像瀝青似的。」

        「我看倒有點像蠟。」克耳文說。

        「真像伸縮自在的愛。」幻影旅團4號成員舔舔嘴唇緊接著說。

我們不禁哄堂大笑，同樣的一種以太，每個人卻有不同的感覺。

麥古拉連忙放下手臂，他覺得以太就是以太，不是瀝青，也不是蠟，更不是念能力。

由於以太涉及的範圍太廣，加上沒有實驗可做為依據，許多物理學家都參與其中，
提出不少研究以太的理論，逐漸變成物理學界中的顯學，甚至最後以太成為啥都能解決
的萬能藥，幾乎可以媲美上帝。

1884年，克耳文到美國來作一場科學報告。會後一群人擠在他身邊，想聽聽他對於以太
的研究。湯姆生說：「雖然以太解決了不少問題，但新的問題又接踵而來：以太代表了
一個絕對靜止的參考系，而地球穿過以太在空間中繞日運行，如同一艘船在高速行駛，
迎面會有一股強烈的『乙太風』不斷吹來，同時也會對光的傳播造成影響。誰能用

實驗證明了這股風的存在也就證明了以太的存在！」

這時在場的人群裡有一名覺醒青年，聽到這位物理大師的開示心中不由一怔，決定
投入更多的熱情在這個問題上。

這位青年就是邁克森，兩歲時父母帶著他自波蘭過鹹水到美國來謀生。17歲時他考進
安那波利斯海軍學院，畢業後到柏林、巴黎等地留學了兩年，然後又重返美國

1879年，馬克士威寫信向美國航海年曆局的托德，討論測定地球相對於以太的速度
問題。他在信中認為，由於量測精確度的限制，目前所有測量光速的方式都不足以

證明檢驗地球的絕對速度。邁克森得知之後，立即著手設計一台可以測定微小長度、

折射率和光波波長的干涉儀(後來被稱「邁克森干涉儀」)來進行這個最困難的實驗。

ps.實驗的簡圖在教科書都有，此就不附上了。如果存在地球與以太的相對速度，
   藉由測試兩束互相垂直的光的傳播速率會有微小的差別。

1881年，邁克森首次測量，卻是 404 not found，that is，「零結果」。1884年，
在克耳文的鼓勵之下，邁克森與另一位科學家莫立(Morley)合作，改進了實驗裝置，
精確度達到40億分之1。1887年，邁克森重複了6年前的實驗，但得出的結果仍是

否定的。

這告訴我們，地球相對於以太的運動並不存在，或者說以太本身就是一個子虛烏有
的東西。邁克森，本來是想以精確的實驗為以太的存在提供證據，但卻適得其反，
真的很會。


ps.嚴格來說，單憑這點並不足以斷定以太是不存在，這只是證明了乙太風不存在。
愛因斯坦證明以太存在與否其實並無關緊要，認為可有可無。根據奧坎剃刀
(Occam's Razor)原則，物理學家便從此不提以太了。這是後話。

這項實驗結果一宣佈立即在物理學界引起一場軒然大波，本來萬里無雲的藍天上突然
出現了一朵烏雲。因為一旦放棄這個曾經可以解釋許多光電磁現象的以太說，那
牛頓力學的絕對時空觀將要從根本上動搖，經典物理學的大廈突然出現了裂縫！


為了挽救以太，1889年英國物理學家斐茲傑(George FitzGerald)、1892年荷蘭物理

學家洛倫茲(Hendrik Antoon Lorentz0分別提出了物體在以太風中運動、長度收縮
的假設。

雖然這個假設讓以太說得以殘存，猶如風中蟾蜍。但現實的風向已經改變了，
最終當「相對論」提出後，以太的概念從此就銷聲匿跡了......退出江湖、自暴自棄、
偷搶拐騙.... 。

最後回答原po的問題，雖然這個著名的邁克森-莫立實驗(Michelson-Morley Experiment)
證明了光速不變，但愛因斯坦提出光速不變原理並不全是基於該實驗結果，而是當時
已經發展成熟的電磁理論提出的必要假設。

以上

Reference

1.Wiki
2.科學五千年
3.不可能的物理學
4.量子物理史話
5.雅量

--

對流血一週仍然不死的生物千萬不能大意……。


--
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推 andy70612: 時間才是真正存在的東西118F 1.173.18.109 台灣 03/22 01:18
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推 nckukath: 以接近光速前進就會變扁，那麼外擴的宇120F 110.50.133.52 台灣 03/22 01:19
推 uity: 推121F 223.139.63.214 台灣 03/22 01:19
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推 cwind07: 1918年那場物理大戰 相對論打斷以太的腿123F 124.11.184.29 台灣 03/22 01:19
→ nckukath: 以接近光速外移，那麼整個宇宙是否能看124F 110.50.133.52 台灣 03/22 01:19
→ nckukath: 成二維的，或許平行世界只是不同時間從
推 YJC1248: 推126F 180.217.139.248 台灣 03/22 01:20
→ nckukath: 宇宙中心出發的另外一層洋蔥皮127F 110.50.133.52 台灣 03/22 01:20
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推 SamuelLuo:  推130F 223.137.175.136 台灣 03/22 01:22
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推 SamuelLuo: n大的想法我也有過138F 223.137.175.136 台灣 03/22 01:25
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推 jamison04: 看到雅量突然笑出來 怎麼這裡會出現啦157F 39.12.106.198 台灣 03/22 01:43
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推 theta4719: 光速不變就已經是最基本的假設了180F 42.77.214.182 台灣 03/22 02:07
推 kneeeeez: 先推再看181F 101.12.128.173 台灣 03/22 02:08
推 burgerchi: 值得珍藏的好文182F 27.242.222.37 台灣 03/22 02:08
推 ericroxanne: 推183F 27.247.108.245 台灣 03/22 02:08
推 willprince: 推184F 111.83.186.154 台灣 03/22 02:09
推 kevin05233: 抱歉 我只聽的懂量子力學 不過還是推185F 180.218.173.99 台灣 03/22 02:11
推 iloveinhua: 補充下，愛因斯坦將光視為不變的參考186F 101.136.30.152 台灣 03/22 02:12
→ iloveinhua: 系，不管你跑多快，都沒辦法超越光速
推 icyling: 先推才不會被人以為看不懂188F 1.160.114.217 台灣 03/22 02:15
推 byebye123: 推189F 39.9.105.206 台灣 03/22 02:16
噓 mirac1e: 以太其實還是有可能存在 不過機率很低了190F 1.200.202.169 台灣 03/22 02:16
→ mirac1e: 因為現代的物理架構不需要以太也很完備了
→ bomda: 水精精192F 125.231.31.206 台灣 03/22 02:18
推 lspss93161: 前物理系學生推193F 27.247.232.207 台灣 03/22 02:19
推 OBassO: 光速系194F 101.13.211.117 台灣 03/22 02:19
推 f416720001: 水精靈文筆就是好！195F 180.217.172.227 台灣 03/22 02:22
推 k960608: 文組先推196F 27.242.99.181 台灣 03/22 02:22
推 aborwang: 推197F 223.140.115.232 台灣 03/22 02:26
推 chauFayJai: 真 U文198F 42.75.104.25 台灣 03/22 02:26
推 TOTnice: 推199F 36.236.68.182 台灣 03/22 02:28
推 ka0927085443: ㄊㄨㄟ200F 101.12.62.95 台灣 03/22 02:28
推 ee8iqp7x: 早就沒人管以太了，物理界對暗物質比較201F 42.73.245.154 台灣 03/22 02:28
→ ee8iqp7x: 有興趣
→ Felixdoes …
推 Felixdoes: 好203F 114.38.77.136 台灣 03/22 02:29
推 QuentinHu: 推204F 118.168.135.33 台灣 03/22 02:30
推 sugar21: 推205F 114.45.2.187 台灣 03/22 02:31
推 h70110qwe: 推206F 118.166.233.239 台灣 03/22 02:31
推 morchory: 推！207F 223.140.108.251 台灣 03/22 02:32
噓 zChika: 乙太208F 180.176.74.139 台灣 03/22 02:32
→ ALENDA: 推209F 76.105.149.8 美國 03/22 02:40
推 vennes860228: 推210F 110.30.98.85 台灣 03/22 02:43
推 stw0975: 推211F 42.77.154.168 台灣 03/22 02:43
推 qqq5890003: 快推 不然別人以為我看不懂212F 123.193.249.164 台灣 03/22 02:48
推 atbb: 前三段解釋光的說法不太正確213F 42.72.75.254 台灣 03/22 02:52
噓 marc47: 你拿兩個手電筒往兩個不同方向跑，是否兩214F 36.236.37.193 台灣 03/22 02:55
→ marc47: 邊的光相對都是兩倍光速，請問會跑到最後
→ marc47: 兩邊的光之後會馬上因為光速而質量無限大
→ marc47: 就彈回來或是靜止不動嗎？
→ marc47: 這應該是邏輯問題，速度是相對，不是絕對
→ marc47: ，如果是相對就有對象假設，如果對象過多
→ marc47: 就沒有絕對質量無線大問題吧
推 fifybl: 後來就有了光年.....？221F 106.104.157.132 台灣 03/22 03:00
推 dd123456twtw: 推222F 114.43.72.140 台灣 03/22 03:04
推 Bartender: 推223F 217.136.137.17 比利時 03/22 03:06
→ seabax …
推 seabax: [url]https://youtu.be/LHWQL8jlA6I[/url]224F 223.140.183.35 台灣 03/22 03:09
推 mokissru: 推水精靈225F 49.216.17.84 台灣 03/22 03:15
推 Arbing: 推226F 1.172.225.132 台灣 03/22 03:21
推 jessicaini: 閱完 推227F 27.247.4.144 台灣 03/22 03:23
推 sHakZit75: 太神啦228F 180.217.188.93 台灣 03/22 03:23
噓 kenny5280: E=\=mc^2229F 49.216.61.94 台灣 03/22 03:28
推 DWmadao: 推230F 223.137.100.107 台灣 03/22 03:33
推 pooor: 6666231F 110.26.101.197 台灣 03/22 03:33
推 rainlinix: 7.獵人232F 220.143.19.210 台灣 03/22 03:33
推 iloveinhua: 樓上m大 光沒有質量，所以可以達到光233F 101.136.30.152 台灣 03/22 03:38
推 Hsieh455125: 看了很多解釋，自己還是不能理解234F 219.68.121.21 台灣 03/22 03:38
→ iloveinhua: 速，但凡有一點點質量的物體加速到接235F 101.136.30.152 台灣 03/22 03:38
→ iloveinhua: 近光速所需的能量都是無窮大，然後光
→ iloveinhua: 速是羅倫茲變換公式，不會是牛頓定理
推 freeblizzard: 長知識推238F 1.165.217.222 台灣 03/22 03:40
推 balcony5566: 我文組我慚愧239F 42.75.144.68 台灣 03/22 03:42
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推 et10tw: 好好看 文筆很舒服246F 184.151.230.227 加拿大 03/22 04:21
推 banbanmeow: 推247F 101.15.149.56 台灣 03/22 04:23
推 reexamor: 這篇文章的內容好像出現不止一次惹...248F 42.73.54.31 台灣 03/22 04:25
推 jack14002: 優質好文249F 46.223.162.161 德國 03/22 04:44
推 dogreen: 這篇文組只能推惹250F 42.77.22.220 台灣 03/22 05:19
推 lovedog0731: 怎麼沒有提到光被重力扭曲呢?251F 180.217.76.94 台灣 03/22 05:46
推 bizer: 嚴格來講，光速是移動速度上限還沒被證明，252F 36.228.53.74 台灣 03/22 05:47
→ bizer: 但目前任何觀測結果都顯示符合，這才是愛因
→ bizer: 斯坦厲害的地方，猜想幾乎沒例外過
→ lovedog0731: 光速不變，但光會轉彎，宇宙中的直線255F 180.217.76.94 台灣 03/22 05:51
→ lovedog0731: 距離是需要重新定義的，符合好幾樓之
→ lovedog0731: 前所說的，宇宙可以摺疊。
推 Ahri123: 推258F 220.135.205.56 台灣 03/22 05:54
推 ss50661: 推啊259F 49.214.149.93 台灣 03/22 05:56
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推 sdriver: 那有科學家懷疑過磁力是怎麼傳遞的嗎261F 24.211.140.224 美國 03/22 06:11
推 GivemeApen: 推262F 110.26.7.161 台灣 03/22 06:15
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推 makki: 推，雖然還是看的不是完全懂但如果版上有這265F 114.136.173.63 台灣 03/22 06:43
→ makki: 類的討論還是蠻有興趣的！每次看到水精靈的
→ makki: 科普文會眼睛一亮
推 ax5602: 水精靈 推268F 42.77.249.185 台灣 03/22 06:45
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推 visviva: 喔喔，原來漫威宇宙跳躍點演的是真的（咦275F 112.104.102.56 台灣 03/22 07:11
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→ PunkGrass: 好的虛擬世界
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→ twohigh: 先推再看325F 110.50.189.121 台灣 03/22 09:08
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→ linja: 水精靈最近回答484越來越文不對題了327F 182.155.110.9 台灣 03/22 09:12
推 clowve: 看完發現真的不懂物理328F 223.137.207.21 台灣 03/22 09:13
推 ikurin666: 好像有點似曾相似...？329F 36.224.57.25 台灣 03/22 09:14
推 tygh: 推330F 101.15.128.182 台灣 03/22 09:22
噓 b7278622: 狹相那邊提到加速前進484口誤331F 101.137.175.44 台灣 03/22 09:23
推 Virness: 水精靈大推332F 114.137.147.249 台灣 03/22 09:24
推 lee79102: 認真推333F 114.136.58.14 台灣 03/22 09:29
推 zxcdewqa: 那所以光的介質是什麼呢？334F 49.159.150.139 台灣 03/22 09:29
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推 zeroooxx: 參考資料裡竟然沒有HxH,這個一定吉！337F 118.160.166.9 台灣 03/22 09:37
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推 Boris945: 這篇是不是看過了？340F 111.240.91.76 台灣 03/22 09:46
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→ qweasd483: 請問廣相如何解釋物質在地球月球體重不352F 36.235.119.189 台灣 03/22 10:09
→ qweasd483: 同？
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→ celtics1997 …
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推 Lamu: 參考資料有雅量，哈哈哈哈，水精靈必推370F 125.224.99.44 台灣 03/22 11:07
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1樓 時間: 2020-03-22 01:47:42 (台灣) 
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kevin123123
　 03-22 01:47 TW 
推推
2樓 時間: 2020-03-22 01:54:12 (台灣) 
→
lechen
　 03-22 01:54 TW 
光是波,重力也是波...能量的型態波是其中一種表現,我只知道這些,其他太高深的物理,懂得很少
3樓 時間: 2020-03-22 03:02:03 (台灣) 
→
fromtokyo
　 03-22 03:02 TW
···
量子力學是講波粒二象性
4樓 時間: 2020-03-22 19:59:08 (台灣) 
→
fromtokyo
　    (編輯過) TW
···
光有波的型態，光子有粒子的型態，兩者同時存在，以粒子型態傳播時，走的就是光速，波形態時可超越光速，這是我個人的理解，所以觀測的時候，收到的都是光子，但因為目前的理論是說糾纏的粒子間存在(愛因斯坦說:鬼魅般的)(超時空)遠距力關係，所以我們可以獲取到即時間相互影響傳播型態另一個粒子之後的結果(型態)，這樣的結果就證明了兩個粒子間的資訊傳播(波型態資訊)可超越光速。
 
但是愛因斯坦說，不可能超越光速，糾纏的粒子只是因為它們曾經配對過，所以運動的方法有相對性，但現代量子力學又說可以證明量子資訊在傳播時可超越光速，所以我個人是將它理解成是，因為利用光子的運動方式，利用量子型態的方式傳播資訊可以壓縮大量資料，所以好像是超越了光速。
 
https://zh.wikipedia.org/wiki/玻爾-愛因斯坦之爭
 
但是如果量子力學的應用，真的可以讓量子資訊的傳播超越光速，那就違反邏輯和時間的線性因果關係，所以我個人發明用一種方式去記這個違反邏輯關係的結果，那就是「Hanna」(因為我老婆都說「現在咧，所以咧，蛤辣」XDD)，喔不是(opppps)！因為《異星入境》的主角語言學家「漢娜」在翻譯外星語言時發現「過去、現在、未來同時存在」該影片意圖呈現出的邏輯:時間和文字間的非線性資訊關係，而人類原來對世界的理解是用時間線性(4維度)方式理解(詳見keywords:老高、老吳、維度)，對四維以上空間、各維度的猜想 https://www.youtube.com/results?search_query=老高 老吳 維度) 。電影中提出是因為人類使用語言的方式上的侷限，所以人類便無法感知「過去、現在、未來同時存在」，但主角因為學習了外星語言之後，便開始可以預知未來(也有可能是說外星生物在預知未來，然後透過外星語告訴女主角，但電影呈現的方式感覺是女主角因為學會外星語而直接感知到)，這電影果然夠科幻、以上內容果然夠八卦、八卦版又回來了XDD
   (編輯過) TW
╳
fromtokyo:[自己刪除]
6樓 時間: 2020-03-22 05:02:12 (台灣) 
→
ch23
　 03-22 05:02 TW 
因為地球物理就建立在那條件之上，超過也無法在地球上觀察到
7樓 時間: 2020-03-22 06:29:28 (台灣) 
→
newbit
　 03-22 06:29 TW 
重力 + 光速 就超過了！
8樓 時間: 2020-03-22 08:35:43 (台灣) 
→
fromtokyo
　    (編輯過) TW
···
中國都說有個量子衛星墨子號了，美國應該再送個量子探測號出去，然後再讓他跑去n光年之外，看能不能用量子力學操控它，然後即時做出反應，在讓它跑個幾十年銀河系，把銀河系的照片即時送回地球。
 
我覺得應該不行，應該量子力學只是可以用極少量的傳輸，傳送大量的資訊，所以一光年，資料一樣要傳送起算一年後才能送到，即使你把接收中繼器放在太空中也一樣？
 
樓上說的是這個嗎？
https://kknews.cc/zh-tw/science/rqj3qon.html
 
曲速引擎
https://www.youtube.com/results?search_query=曲速引擎
 
但它並不是跑到光速，而是利用重力扭曲空間，達到超時空超光速飛行
 
 
星際高速公路，利用星球引力飛行

 
另外推薦 歌曲光年之外

 
還有這首歌的電影：Passengers 星際過客(港譯：太空潛航者)
這部我覺得經典，好看的戲劇，營造一個新奇的環境但是又合乎常理邏輯和人類行為學、心理學，劇情的轉折點 AI機器人的誤判也超合理。
 
經典台詞是飾演駭客任務的反抗軍頭頭 Morpheus，本片船長：「溺水之人總是會想拖其他人下水」，環境決定論就在此體現，所以這部片會告訴你，責怪溺水的人是沒用的，改善會溺水的人的環境才有用、把溺水者救起才有用、了解並體諒溺水者才有用！ 另外推駭客任務也經典神劇！
 
女主角是演《飢餓遊戲》和X-MEN的魔形女
男主角是演《星際異攻隊》Guardians of the Galaxy
星際異攻隊也很好看，樹人和狐狸都很有趣
 
這首也好聽
9樓 時間: 2020-03-22 10:31:05 (台灣) 
→
jonnya
　 03-22 10:31 TW 
百推內
10樓 時間: 2020-03-23 22:14:38 (台灣) 
→
jengyic
　 03-23 22:14 TW 
光速宅
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