原创 深度科普：理想情况下，苹果从无穷远处落下会达到光速吗？
在日常生活中，我们看到物体自由下落时，速度会不断加快。从高处落下的苹果，短短几秒内，速度就从静止迅速增加。
根据初中物理所学的自由落体瞬时速度计算公式v = gt（其中v表示速度，g表示重力加速度，t表示时间 ），很容易让人产生一种直觉：只要时间足够长，物体的速度就能无限制地增加。
按照这种逻辑推导下去，似乎只要苹果从无穷远处下落，经历足够漫长的时间，其速度就能达到甚至超过光速。这种想法看似合理，因为在我们的常规认知里，持续的加速必然会带来速度的不断攀升，而时间在这个过程中似乎是没有上限的，只要时间足够，速度也就没有上限 。
但这其实只是基于简单公式和直觉的判断，没有考虑到现实世界中复杂的物理规律和实际情况。
在自由落体运动中，重力加速度g起着关键作用，但它并非是一个固定不变的常量 。我们平常所说的g为9.8，这其实是在地球表面附近相对较小的高度范围内，为了便于计算和研究而近似取值的结果。
实际上，重力加速度会随着物体距离地面高度的变化而发生显著改变。
比如在距离地球表面 1 万公里的高度，重力加速度值仅为1.49，与地球表面的9.8相比，明显减小了许多。
自由落体公式v = gt成立的前提是重力加速度g为常数且物体运动时间较短、距离地表较近。一旦超出这个范围，用这个公式来计算物体下落速度就会产生极大的偏差。在无穷远处，从理论上来说，地球对苹果的引力趋近于 0，此时重力加速度g也趋近于 0 。
这就意味着，苹果在无穷远处开始下落的瞬间，它的加速度几乎为 0，速度增加极为缓慢，随着它逐渐靠近地球，加速度才会逐渐增大，但这个增大的过程也是有限度的，并非一直保持恒定的加速状态。 所以，认为苹果从无穷远处下落可以按照v = gt的规律一直加速从而达到光速，这种想法完全没有考虑到重力加速度随高度变化这一重要因素。
当我们将目光从经典力学的范畴拓展到更广阔的宇宙，就不得不引入爱因斯坦的相对论。相对论的提出，彻底颠覆了人们对于时间、空间和质量的传统认知，为我们理解宇宙运行的规律提供了全新的视角 。
在相对论的框架下，物体的质量不再是一个固定不变的属性，而是与物体的运动速度紧密相关。根据相对论中的质速关系公式：
当物体的速度v趋近于光速c时，分母趋近于 0，物体的质量m则趋近于无穷大 。
回到苹果从无穷远处下落的问题上，随着苹果在下落过程中速度不断增加，其质量也会相应地不断增大 。这就意味着，要想让苹果继续加速，所需的能量也会越来越多 。而当苹果的速度无限接近光速时，其质量将趋向于无穷大，要使其进一步加速达到光速，所需要的能量也将变为无穷多 。但在现实宇宙中，并不存在无穷多的能量来支撑苹果完成这样的加速过程，这就从根本上限制了苹果的速度不可能达到光速 。
例如，在大型强子对撞机（LHC）中，科学家们能够将亚原子粒子加速到光速的 99.99%，即便投入了巨大的能量，粒子的速度也始终无法突破光速的壁垒，这也从实验角度验证了相对论中关于物体速度与质量关系的正确性 。
在物理学中，机械能守恒定律是一个重要的基本定律，它为我们分析苹果下落过程中的速度变化提供了关键的视角。根据机械能守恒定律，在只有重力做功的物体系统内，物体的动能和重力势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变 。在苹果从无穷远处落向地球的过程中，假设没有空气阻力以及其他外力做功，整个系统就满足机械能守恒的条件 。
在对苹果从无穷远处下落这一问题的深入探讨中，第二宇宙速度是一个绕不开的关键概念。第二宇宙速度，是指物体完全摆脱地球引力束缚，飞离地球所需要的最小初始速度 ，其数值为 11.2 千米每秒 。从能量转化和守恒的角度来看，这一速度与苹果从无穷远处落向地球的最终速度密切相关 。当我们假设苹果从无穷远处开始下落，在整个过程中，苹果的重力势能逐渐转化为动能 。
在无穷远处，苹果的重力势能达到最大值，而动能为 0；随着苹果不断下落，高度降低，重力势能持续减小，动能则不断增大 。根据机械能守恒定律，我们可以精确计算出，在没有其他外力干扰的理想情况下，苹果落向地面时所能达到的终极速度恰好就是 11.2 千米每秒，也就是第二宇宙速度 。