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假如以光速离开地球一分钟马上返回,地球时间过去了多久?

2024-02-01科学

先暂且不谈你能不能达到光速,假设你能够以光速飞行,不要说离开地球一分钟了, 哪怕是一秒钟,甚至一瞬间,你也不可能再返回地球了 ,因为地球早就不存在了,不仅仅是地球,甚至整个宇宙都不存在了。

为什么会这样?

因为你光速飞行的一瞬间,地球或者宇宙就过去了无穷远的时间,实际上就等同于地球和宇宙都毁灭了,都不存在了,你当然不可能返回地球了。

既然宇宙都毁灭了,而你本身又是宇宙的一部分,当然你也不可能存在。这就产生了矛盾,矛盾的根源就在于之前的假设:你以光速飞行。这样就可以倒推出光速限制:无论如何你都不可能达到光速,只能尽可能接近光速。

而爱因斯坦的狭义相对论告诉我们, 速度越快时间就越慢 ,当你的速度无限接近光速时,时间就会趋于停止。当然所谓的「时间停止」只是相对外部世界,你本身是无法感受到时间有任何变化的,必须有外部的参照系进行对比,你才能感受到时间的变慢。

这就是参照系的重要性。日常生活经验告诉我们,万物的运动和静止其实都是相对的,都需要有参照系才有意义。

举个例子,你和朋友驾驶一辆小汽车在高速公路上行驶,时速为100公里。对于静止在地面上的我来讲,你的速度很快。但在你朋友眼里,你的速度为零,因为你一动不动。

因此,在判定一个物体是静止还是运动时,必须有参照系作为前提。其实这就是我们平时所讲的「相对速度」, 任何速度都是相对的 ,都是相对其他参照系而言。在不同的参照系下,物体的运动速度也是不同的。

速度的这种相对性,也非常符合人们的日常生活经验,当然很容易被我们接受。

但是,当物理学家们对光进行深入研究时发现了奇怪的地方,无论他们怎么测量光速,无论在任何运动状态下测量光速,光速的速度始终保持不变。也就是说, 在任何参照系下,光速都是恒定的,光速是绝对的。

光速的这种「霸道」行为彻底颠覆了我们对速度的认知,很难被人们接受。但现实情况摆在那里,让我们不得不接受。其实这也表明了一点:人们的日常生活经验很可能带有局限性,并不一定正确。

光速的这种绝对不变意味着什么呢?举个例子就明白有多反常了。

假设你以0.99倍光速去追赶一束光,在你眼里,这束光的速度是多少呢?如果按照我们传统的相对速度公式来计算,应该是0.01倍光速。

但事实并非如此,这束光在你眼里的速度仍旧是光速,哪怕你以无限接近光速的速度去追赶这束光,在你眼里这束光的速度仍旧是光速!

这其实就是 光速不变原理

而爱因斯坦的狭义相对论,正是建立在 光速不变原理和狭义相对论原理 的基础上提出来的,利用这两大原理,可以推导出狭义相对论中的所有基本公式,比如说质增效应,时间膨胀公式,尺缩效应公式等等。

而时间膨胀效应是被伙伴们提到最多的,今天讨论的问题其实也是 时间膨胀效应

在牛顿的经典力学体系里,时间和空间都是绝对不变的。不过爱因斯坦彻底否定的牛顿的绝对时空观,认为时间和空间都是相对的,都很有弹性,会随着速度和引力的不同而发生相应改变。

当一个物体的速度越是接近光速,时间膨胀效应就越明显。而如果一个物体的速度达到光速,比如说光子的速度就是光速,那么时间就不存在了,也可以通俗理解为「时间静止不动」了。

举个例子,假设你乘坐一艘飞船,飞船的速度非常接近光速,你本身是感受不到时间膨胀的,你感受到的只是自己的 本征时间 。何为本征时间?通俗来讲就是「装在自己口袋里的钟表显示的时间」,而每个人对本征时间的感受都是一样的。

也就是说,飞船里的你自身感受,与在地球上的感受没有任何区别。如果你观察到飞船外面的世界,会发现外面世界的时间流逝速度加快了,就像我们看电影时,对电影进行快进操作一样,外面的世界在不停地「快进」,快进的速度取决于你的速度到底有多快!

根据时间膨胀公式,很容易计算出来时间与速度的关系。速度越是接近光速,时间膨胀得越厉害。

当你的速度为0.5倍光速时,时间膨胀了大约1.15倍,并不是很明显。

当你的速度达到0.99倍光速时,时间膨胀了大约7倍,已经非常明显了。

而如果你的速度达到0.99999999999999倍光速时,时间就会膨胀大约707万倍,也就意味着,你在飞船上的一分钟,地球上已经过去了707万分钟!

能够看出, 只要你的速度足够接近光速,时间膨胀效应就可以无限大 。结果就是,即便你只是离开地球一分钟,哪怕是一秒钟,地球时间就可能过去了无限久。不要说地球了,连宇宙早就毁灭了。

这或许就是大自然限制光速的原因所在。不要以为无限接近光速飞行就很爽,甚至误认为「光速飞行就可以永生」。实际上无限接近光速飞行不但不能永生,甚至有可能死得更快。为什么?

因为无限接近光速飞行意味着,你的一分钟,就很可能意味着宇宙时间过去了无限久,你会感觉到宇宙一瞬间就走向终结了。既然宇宙都毁灭了,你当然也必然死亡,因为你也是宇宙的一部分!

除非,你在无限逼近光速的时候,脱离了四维时空,到达更 高维度 的时空,那又是另外一个故事了!高维度时空过于科幻,这里不做讨论了,免得有「民科」的嫌疑!

完!