一个物体从无穷远的地方自由落体到地球，速度会超光速吗？

日常生活经验告诉我们，一个物体自由落体，如果没有摩擦力等因素的影响，速度会越来越快，牛顿第二定律早就告诉我们了这一点。

牛顿第二定律公式，F=ma，很简单易懂的公式。公式表明，只要给一个物体施加力，物体就会获得加速度，这意味着物体的速度就会越来越大。在理想情况下，物体的最终速度应该能超过光速，只要时间足够长就可以。

不过爱因斯坦的横空出世颠覆了我们的这种传统认知。爱因斯坦的相对论告诉我们，时空并不是绝对的，而是相对的，物体的运动会影响周围的时空。

牛顿定律是建立在绝对时空观基础上的理论，只适用于低速世界，一旦速度达到亚光速，牛顿定律就不再适用了，必须用相对论才能诠释。

因为牛顿定律只是相对论在低速世界的近似值，一个特例罢了。由于我们生活的世界经历的速度都很低，所以通常情况下牛顿定律已经足够用了。

但是一旦来到高速世界，就必须抛弃牛顿定律，用更精确的相对论才可以。

还是拿牛顿第二定律F=ma来说明，公式中的m指的是物体的质量，我们的传统思维认为物体的质量是一个固定不变的量，其实不然，在爱因斯坦的相对论体系下，物体的质量是一个变量，速度越大质量就越大，这就是相对论的公式之一，质增效应。

所以，不管给物体施加多大的力，都无法达到或者超越光速。因为随着速度变大，物体的质量也会变大。当速度无限接近光速时，物体的质量达到无穷大。想要物体再加速就需要无穷多的能量，整个宇宙的能量都不够，这显然是不可能的。

而自由落体的过程，就相当于一直给物体施加力量，因为引力也是一种力。所以任何自由落体的物体速度都不可能达到光速。

那么，一个物体从无穷远处朝地球做自由落体，最终的速度到底能到达多少呢？

这里假设是完美环境，没有任何摩擦力，而且物体只受到地球引力的影响。物体落向地球的过程，速度会越来越快，因为这个过程其实就是引力势能转换为动能的过程。

一般情况下，我们都会设定物体在无穷远传的势能为零，这种情况下计算起来更方便。其实任何位置的势能都可以设定为零，这并不重要也不影响最终的结果，因为哪个位置为零并不重要，我们最终取的是势能的相对量。

如果物体在无穷远处的势能为零，那么落向地球的过程中，物体的势能就是负的，而且越来越小，减小的势能转换为了物体的动能。

当物体落到地面上时，最终转化为动能的势能有多少呢？可能一时并不好计算，也不太好理解。但如果我们换一种思维方式就很容易理解了。

我们可以把整个过程反过来，让一个物体从地球上出发，然后飞到无穷远处。那么这个物体在出发的瞬间的势能就是物体从无穷远处落到地面的势能，而物体出发瞬间的速度就是从无穷远处落到地面的速度。

所以，问题就演变为：一个物体以多快的速度才能从地球飞到无穷远处呢？

或许你已经猜出来了，这个速度就是每秒11.2千米，也就是第二宇宙速度。

第二宇宙速度就是物体逃离地球引力的速度。其实也可以理解为物体没有逃出地球引力，只是飞到了无穷远处再坠落到地球上，这也可以理解，毕竟引力的作用范围是无穷远的。

既然一个物体以每秒11.2千米的速度就可以飞到无穷远处，那么物体从无穷远处自由落体到地球上，最终的速度也就是每秒11.2千米。

看到了吧，物体最终的速度不但不能超越光速，而且与光速相比还相差甚远。为什么会相差这么大呢？这就是我们日常生活的错觉造成的。

物体自由落体过程中确实一直在加速，但加速的幅度非常有限。物体的重力加速度是个不断变化的，在无穷远处的重力加速度为零，到达地面重力加速度为9.8，而从0到9.8的过程其实就是微积分的变化过程，物体速度的确越来越快，但最终肯定是一个定值。

这就相当于一个简单的数学计算，1+1/2+1/4+1/8......虽然有无穷多项相加，但得到的数并不是无穷大，而是一个定值，而且是很小的定值，具体大家应该都会计算，初中水平就能算出来！