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一艘飛船如果可以以光速飛行,開啟飛船的大燈,會發生什麽事情

2024-08-14科學

以目前的科技水平,光速飛船還只是一個幻想,幾乎不可能實作。

要是現在有一艘正在飛行的光速飛船,然後把飛船的大燈開啟,會出現啥情況呢?

對於這個問題,我們將分別從不同的觀察角度來探討。

【內部觀察視角】

根據愛因斯坦的廣義相對論,存在一個概念叫做光速不變原理。

光在真空中傳播的速度對任何觀察者來說都是一樣的。

這也是狹義相對論的基礎之一,愛因斯坦研究相關問題時,專門求解了麥克斯韋方程式組,還驗證了自己的猜測。

當然,這個推導過程很復雜,也很長,今天咱們就不討論了。

根據光速不變原理,當我們駕駛光速飛船時,如果開啟前面的大燈,燈光的速度將保持不變。

要是這會兒飛船和光的速度一樣快,你也根本察覺不到。

在冰冷漆黑的宇宙裏,幾乎沒有光線能反射到人類眼睛裏,所以人類無法直接看到光速飛船大燈的變化。

其次,人眼的視力極限值很低,如果你在一個很大的平面上看另一個人,其視力極限範圍也只有 10 公裏到 20 公裏。

比如說,在海面上行駛的船只,用不了多久就會從人們的視線裏消失。

以前大家都覺得,這是由於地球是圓的,船才會「不見」。

事實上,只是大家看不到而已。同樣的,光可以在 1 秒鐘內傳播 30 公裏,就算反射到我們眼睛裏,也沒辦法馬上察覺。

不過呢,在宇宙飛船上裝大燈,這不是沒事找事嘛。

要是真能造出宇宙飛船,人類沒準都有更先進的照明手段了,誰還會用這麽落後的照明啊?

這就好比一個原始人,鉆木取火後發現雷電也能生火,然後立馬就說自己以後一定要用雷電來燒柴。

並且光線和飛船是同步前進的,人的眼睛根本接收不到任何反射光線。

要知道,就算開著能超光速行駛的飛船,這種狀況也不會有啥變化。

一方面,光的源頭肯定在飛船前方,不可能出現船在前邊跑,光在後邊追的情況。

射出去的光線會被飛船彈回來,這樣就沒效果了。

相應地,假如人類的生理功能沒有進步,那麽光速尺度和超光速尺度也就沒有差異了。

對原始人來說,無論多貴的手機,在他眼裏都跟塊「石頭」一樣。

當然了,現在對於飛船內部的情況,都只是根據現有的理論來猜測而已。畢竟人類這方面的研究實在太少,而且也沒人做過試驗。

【外部觀察視角】

以人類的身體機能和現有的科學技術,根本不可能追蹤到一艘光速飛船的執行軌跡。

要是咱們能假設存在這種情況,某人有足夠的技術能觀測到光速飛船。

根據相對論,如果一個物體達到光速,那麽時間會變慢,長度會縮短,質素會增加。

所以啊,要是光速飛船真能以光速飛,那在飛船裏的人感覺時間還是正常過,長度和質素也都不變。

但在外界觀察者眼中,光速飛船的時間過得很慢,其長度和質素也會發生變化,變得愈發奇怪和難以捉摸。

在視覺殘留的影響下,飛船可能會呈現出一條拉長的光線,或者其他一些奇怪的形狀,也就是大家所說的殘影。

所以,人們看到的光速飛船可能是個極度變形的東西,而且就算燈光的速度不變,也是因為光速已經是最快的了。

與此同時,相對論指出,時間的快慢與速度成反比,即物體的速度越快,時間過得越慢。

要是你能達到光速,那時間這概念差不多就沒了,你也就「永生」了。

以這麽快的速度飛行,會讓宇宙飛船周圍的空間變得扭曲,不管是在飛船外還是飛船內,看到的都是些無法形容的東西。

要實作超光速飛行,人類就更難以理解了。

毫無疑問,人類根本不可能制造出超光速飛船。

要想超光速,得滿足沒質素、沒資訊這些條件,可飛船本身就有質素和資訊,所以超光速飛船是不可能存在的。

當然啦,大家也別想什麽光速、超光速飛行了,因為宇宙並不是大家想的那麽空,要是和別的星球撞上了,那肯定就完蛋了。

如今科技這麽先進,可我們的飛船還是跟光速差老遠了。

但你曉得不?光速在整個宏觀宇宙尺度面前,也沒啥厲害的。

【光速和宇宙】

飛船要是能以光速飛,大概 5 小時就能穿過太陽系半徑了。你想想,旅行者姐妹號飛的距離短多了,都花了 40 多年呢。

太陽光從太陽射到地球上大約需要 8 分 20 秒,而太陽到地球的距離約為 1 億 5000 萬千米。

要是想跨越整個太陽系,就得有從太陽到海王星那麽遠的距離,差不多是 48 億千米,所以光速飛船跨越整個太陽系得要近 5 小時。

不過要註意,從太陽系邊緣回地球的距離大概是到海王星距離的 2 倍,所以總時長比 5 小時要長一點。

跨越整個銀河系得花上 10 萬年,這遠超人類的壽命極限。

當然了,銀河系可不是一個單純的正圓柱形結構,這裏面還包含了很多旋臂、星雲、恒星之類的東西呢。

要穿過銀河系,可不是直線運動,而是得經歷彎曲、反射、偏折等過程,所以這計算起來非常復雜。

總之,跨越銀河系要用很長時間,大概在幾萬年到幾十萬年左右。

這就是為啥我們在地球上看到的星光都是數百萬年前的,因為光要花很長時間才能到地球。

要是把目光放到整個可觀測宇宙,那它的半徑大概是 456 億光年,就算以光速前進,也得要 456 億年。

人們到現在也不曉得宇宙之外有啥,它到底有多大。

既然咱們沒辦法超光速飛行,那人類以後要是想走出太陽系、銀河系,甚至是可觀測宇宙,絕對不能只靠速度,得另想辦法。

電影【星際穿越】向我們展示了前沿的蟲洞理論,該理論能大大縮短兩地間的距離,使人們可以在更短的時間內跨越更長的路程。

這一理論現今尚未得到證實,但我相信,未來我們定能攻克技術難關,讓人類文明邁上新台階。

參考材料

W.G. Morris、K.S. Thorne 和 U. Yurtsever 三人共同在【物理評論快報】上發表了一篇文章。

T.E. Hartman, J. Appl. Phys. 33, 3427

A. Enders 和 G. Nimtz,【物理評論 E】