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前往火星的宇航员将经历时间膨胀的影响

2024-01-22科学

当宇航员前往火星时,他们会经历时间膨胀。这是可以预料的。事实上,你的脚和你的头部会经历时间膨胀,你的头部老化速度比你的脚稍快一些。但他们会经历多少时间膨胀(相对于地球观察者)?

首先,让我们检查一下我们是否都在同一页面上。对于不同的观察者来说,时间以不同的速度流逝,这取决于他们的相对速度以及他们与附近引力场的接近度(和强度)。正如狭义相对论和广义相对论所描述的,时间膨胀是由于这些原因导致两个时钟上流逝的时间之间的差异。

时空引力曲线。结果是,你附近的引力越强,你离产生引力的质量越近,时间移动得越慢(从观察者或拥有第二个时钟的人的角度来看。从你的角度来看,时间以通常的速度运行)。这就是你的脚比你年老(相对而言)憔悴的头更年轻的原因。

远离地球引力越远(例如,在摩天大楼的顶部工作),时间膨胀效应就越明显(与地面上的观察者相比)。这并不是一个巨大的影响,测量仅为每年一纳秒的一小部分。

对于长期生活在零重力环境中的宇航员和宇航员来说,这种影响更为明显,但实际上被航天员旅行的速度所抵消。

「因为宇航员和绕地球运行的卫星距离地球中心稍远(与地面上的人相比),所以他们实际上经历的引力时间膨胀较小。就其本身而言,这意味着宇航员的时间会跑得更快,」天文学家科林斯图尔特为特德·埃德做了解释。 「然而,这种影响非常小,因为地球引力非常弱,因此速度导致的时间膨胀占了上风,宇航员确实在未来中旅行了一小部分。」

据【今日宇宙】报道,随着苏联解体,宇航员谢尔盖·克里卡列夫 (Sergei Krikalev) 在太空中滞留了 803 天 9 小时 39 分钟,从技术上讲,他以 0.02 秒的速度进入了未来。

在前往火星为期 21 个月的往返旅程中,宇航员将经历少量的时间膨胀。从他们的角度来看,时间会正常流逝——而与地球观察者相比,可能会有几纳秒的差异。尽管速度将比历史上任何人类旅行的速度都要快,但与时间膨胀效应极其明显的光速相比,这只是微不足道的。

如果宇航员要在火星上停留很长时间,那么引力时间膨胀的影响就会变得非常明显。根据伊利诺伊州物理车的说法,在火星上生活了 80 年的人将比在地球上生活了 80 年的人早死约 12 秒。但从他们的角度来看,不会有那样的感觉,时空只是很奇怪。

现代科学基本上可以解释为何太空的时间过得比地球上更快,但是,中国古代神话故事里早就有诸如「天上一日,地上一年」之类的说法,那时候并无相关科学理论,更没有人类上过太空。那么古人们又是如何知道或者产生这种正确感知的呢?