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天上一天等於人間一年?太空人在月球待一天地球過了多久?

2024-08-28科學

傳說嫦娥吃了長生不老藥奔月,她和後羿從此一個在天上,一個在地上。

幾十年過去,後羿老了,但是嫦娥還是年輕的樣子。

嫦娥奔月的神話傳說

再往後,後羿去世了,嫦娥在天上永生,永遠保持她飛上天時候的樣子,成為了天庭上的神仙。

神仙的時間系統和我們凡人是不一樣的,那麽月球的一天相當於地球的多久呢?

月亮上的廣寒宮

月球的時間

月球是一顆很特殊的衛星,它的一天是28天,它的一年也是28天。

在地球上看月球,永遠只看見一個面,這種調皮的行為叫做「潮汐釘選」。

如果嫦娥的月宮修在了月球背面的環形山,那麽後羿擡頭看月亮,看不見嫦娥,是不是覺得這個故事更淒美了。

嫦娥在月球上過一天,後羿的日子則過了28天,差不多算一個月。

天上一天,地上一年

1969年,人類第一次登上月球,兩位太空人在月球上一共執行了21小時18分的任務。

不過這個時間是按照地球上來的,如果按照月球上的時間,他們只呆了大約幾分鐘。

因此,嫦娥的月宮並不是過一天等於地上過一年,這與傳說不相符合。

那麽,宇宙中真的存在過一天等於地球一年的情況嗎?

太空人登月

這個確實存在,就拿我們太陽系的行星來說,自轉時間最長的是臨近地球的金星,一天等於地球的243天,雖然不是一年,但也說明的確有這個可能。

只要某個天體的自轉周期是365天,就可以做到它的一天等於地球的一年。

當然,還有一種辦法可以做到「天上一天,地上一年」,那就是超光速飛行,形成完全不同的時間體系,這便是著名物理學家愛因斯坦所提到的狹義相對論。

愛因斯坦告訴你,時間並不一樣

時間的快慢

人們常說,時間是不變的,它就在那裏,不會快一分也不會慢一分。

然而,這一卻在愛因斯坦面前都將重寫,時間不是一塵不變的,它會因為物體運動的速度產生改變,甚至會因為空間的變化而改變。

愛因斯坦劃時代的相對論指出,速度越快,尤其是越接近光速,那麽時間在這個運動系統中就會變慢。

按照這個說法,當一個人的速度足夠快,達到了光速的99.99%,那麽他就會看到過去的景象。

當這個速度超越了光速,那麽在外界已經過了一年的情況下,該系統內或許只過了一天。

當運動達到光速

在愛因斯坦構建的這個框架中,神仙是在超光速飛行的,他們生活另一個時間系統裏。

因此「天上一天,地上一年」真的可以實作。

1971年,美國海軍的天文台做過這樣一個實驗。他們讓兩架飛機分別從紐約飛往到倫敦,但是飛行的方向完全相反,一個向東一個向西。

這兩家飛機上放著銫原子鐘,它們不是一般的時鐘,是利用原子的振動頻率記錄時間的精確工具。

與此同時,科學家將兩個銫原子鐘放在了天文台,與天文台處於相對靜止的狀態。

飛機起飛,經過一段時間的航行後,兩架飛機從東、西兩個方向抵達目的地,最後發現,這兩個在飛機上的銫原子鐘,相比於天文台內的兩個銫原子鐘,出現了不同程度的慢。

向東的銫原子鐘比天文台的慢了59納秒,而向西的鐘慢了273納秒。

2005年,英國國家物理實驗室再次重復了這個實驗,這一次是從倫敦到紐約,還是使用的銫原子鐘,比1971年的更加精確。

更精確的銫原子鐘內部

這一次的實驗結果和1971年如出一轍,唯一的區別就在於東西方向的數據發生了對調,畢竟,紐約在倫敦的西邊。

兩次實驗的結果僅有4%的誤差,說明,時間真的在運動中變慢了。

於此可以認為,只要空控制好速度,就可以做到運動一天,但是地球上過了一年的情況。

綜合來看,實作古人傳說的「天上一天,地上一年」有兩種方式,一種是找到一個天體,它的自轉周期是365天。

一種則是透過運動,將運動系統的時間控制到與地球時間1天:1年的程度,這個速度是超越光速的。

然而,難也就難在了這裏,如何將速度提高到光速以上?

如何達到光速?

無法突破的光速

光速是人類已知的速度最快的速度,宇宙中的其他射線速度都不及光速。

而人類也用加速器對各種粒子進行加速,希望它們的速度可以達到光速,可是加速的結果是,粒子只能無限接近於光速,但無論如何也達不到光速,更不要說超越光速了。

關於光速無法超越,愛因斯坦當初就有過解釋。

根據他的質能方程式變換可以得到一個質素與速度的關系式,人們認為的質素更古不變,其實也是一種有局限的認知,運動不僅能改變時間的快慢,也能改變質素的大小。

質素與速度的關系

按照質能方程式的變形式,速度越靠近光速,那麽質素就越大。

當速度為光速時,物體質素無窮大。

可是,宇宙中並不存在無限大的物質,這是違背宇宙的。

因此,愛因斯坦才認為,只有不具備質素的物質才能運動出光速,光子就是這樣一種物質。

物理學家們就光是什麽展開了激烈的討論,有的物理學家認為光是粒子,比如牛頓;有的物理學家認為光是波,比如惠更斯;還有一些科學家認為光既是粒子也是波,比如愛因斯坦。

光的波粒二象性

最後經過驗證,光具有波粒二象性,它既是微粒光子組成的物質,同時也像波一樣在振蕩,因此光具有能量。

因為光具有波粒二象性,因此不同介質中的光速是不一樣的,我們常說的光速c,是光在真空中的速度。

大型強子對撞機(LHC),位於歐洲核子中心,它曾經將氫原子的質子加速到了光速的99.9999991%。

之後位於美國的直線加速器(SLAC),將電子加速到光速的99.999999995%,這是最近接近光速的一次。

不管是質子還是電子,都是具有質素的,它們無論如何也無法突破光速。

而宏觀物質,不要說接近光速了,能做到光速的1%都難。

大型強子對撞機

宇宙中的時間

光是人類已知的最大速度,可是卻不是宇宙中最大的速度。

宇宙的年齡大約140億歲,但是它的直徑卻達到了大約930億光年。

就連這930億光年,都不一定是宇宙的真實尺寸,這只是人類的天文望遠鏡可以觀測到的範圍,被稱為可視宇宙。

在930億光年之外到底還有什麽,人類的天文望遠鏡看不見了,或許光還沒有達到那裏。

這說明宇宙膨脹的速度超過了光速,只有光到達的地方,人類才能用各種方式發現,比如光學望遠鏡,再比如射電望遠鏡。

宇宙膨脹的速度或許超過了光速

可如果光沒有達到,那一片宇宙對於人類來說就是漆黑的,真真正正的漆黑,一片未知。

還有一個地方的速度或許超越了光速,那就是黑洞之內。

黑洞是宇宙中重力最大的存在,它可以將光吸進去,只有超越光速的速度,才能逃離黑洞。

人類是透過8台望遠鏡合作才拍攝到的黑洞照片,也就是說,黑洞也是有物質溢位人類才得以發現。

人類拍攝的黑洞照片

這是否說明,有一種物質的速度超過了光速,所以人類才接受到了黑洞傳來的訊號,對它有了更深層次的了解。

總有同一種物質,在黑洞的重力中幸存,但是這種物質人類目前沒有發現,也就不具有名字。

或許正是這種物質,然宇宙中存在有時空隧道,可以從一個空間穿越到另一個空間。

我們所說的外星文明,或許就是發現了這一物質,利用它形成的時空隧道,從自己的母星來到了地球。