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前往火星的太空人將經歷時間膨脹的影響

2024-01-22科學

當太空人前往火星時,他們會經歷時間膨脹。這是可以預料的。事實上,你的腳和你的頭部會經歷時間膨脹,你的頭部老化速度比你的腳稍快一些。但他們會經歷多少時間膨脹(相對於地球觀察者)?

首先,讓我們檢查一下我們是否都在同一頁面上。對於不同的觀察者來說,時間以不同的速度流逝,這取決於他們的相對速度以及他們與附近重力場的接近度(和強度)。正如狹義相對論和廣義相對論所描述的,時間膨脹是由於這些原因導致兩個時鐘上流逝的時間之間的差異。

時空重力曲線。結果是,你附近的重力越強,你離產生重力的品質越近,時間移動得越慢(從觀察者或擁有第二個時鐘的人的角度來看。從你的角度來看,時間以通常的速度執行)。這就是你的腳比你年老(相對而言)憔悴的頭更年輕的原因。

遠離地球重力越遠(例如,在摩天大樓的頂部工作),時間膨脹效應就越明顯(與地面上的觀察者相比)。這並不是一個巨大的影響,測量僅為每年一納秒的一小部份。

對於長期生活在零重力環境中的太空人和太空人來說,這種影響更為明顯,但實際上被航天員旅行的速度所抵消。

「因為太空人和繞地球執行的衛星距離地球中心稍遠(與地面上的人相比),所以他們實際上經歷的重力時間膨脹較小。就其本身而言,這意味著太空人的時間會跑得更快,」天文學家柯林史超活為特德·艾德做了解釋。 「然而,這種影響非常小,因為地球重力非常弱,因此速度導致的時間膨脹占了上風,太空人確實在未來中旅行了一小部份。」

據【今日宇宙】報道,隨著蘇聯解體,太空人謝爾蓋·凱瑞卡列夫 (Sergei Krikalev) 在太空中滯留了 803 天 9 小時 39 分鐘,從技術上講,他以 0.02 秒的速度進入了未來。

在前往火星為期 21 個月的往返旅程中,太空人將經歷少量的時間膨脹。從他們的角度來看,時間會正常流逝——而與地球觀察者相比,可能會有幾納秒的差異。盡管速度將比歷史上任何人類旅行的速度都要快,但與時間膨脹效應極其明顯的光速相比,這只是微不足道的。

如果太空人要在火星上停留很長時間,那麽重力時間膨脹的影響就會變得非常明顯。根據伊利諾州物理車的說法,在火星上生活了 80 年的人將比在地球上生活了 80 年的人早死約 12 秒。但從他們的角度來看,不會有那樣的感覺,時空只是很奇怪。

現代科學基本上可以解釋為何太空的時間過得比地球上更快,但是,中國古代神話故事裏早就有諸如「天上一日,地上一年」之類的說法,那時候並無相關科學理論,更沒有人類上過太空。那麽古人們又是如何知道或者產生這種正確感知的呢?