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在回答光速与时间 的问题之前,先看两个事例,可以使我们从中获得启发。
第一个事例是小时候看过小人国的故事,虽然主人公的个头变小了,但由于大家都是小人,所以他们彼此之间的关系与正常人并无二异。
这个事例表明,虽然自身发生了绝对的变化,但是如果其他物体也产生了相应的改变,那么它们彼此之间的相互关系是可以保持不变的。这就是为什么,在人类 社会 中,不患寡只患不均的原因。
光速的不变性,也是这个道理。为了保证光速相对于不同状态(速度)的量子空间具有不变性,光速本身是变化的。
这也是为什么,在我们的宇宙中,普遍存在着光谱运动红移现象的原因。为了保持光速相对于量子空间的不变性,光子的部分势能转变为了动能,其速度实际地增大了。
第二个事例是在二战期间,理性的德国人变得狂热了起来,他们对犹太人进行了惨无人道的迫害。为什么同一个人会具有截然不同的行为呢?
正常的理解是人的环境发生了变化,而另一种解释则是认为人类同时具有多重的人格。从不同的角度观察人类,他们的行为自然是有所不同的。
对于光速的研究也遇到了类似的矛盾现象。一个是迈克尔逊-莫雷实验,其零结果意味着光速与光源相关;而另一个是双星实验,运动的天体呈现出频率的周期性变化,其表明光速仅与背景空间相关。
对于上述矛盾的现象,原本应该借助于具体的光速变化机制,即借助于光的动能与势能的转换来予以解释;但是,由于爱因斯坦忽视了作为物理背景的量子空间的存在,他认为光速相对于所有的参照系都是一个不变的数值。
于是,爱因斯坦将对立的光现象,归纳为统一的光速不变原理。这就好比小人国中的人际关系是不变的,变化的仅只是大家的绝对尺度。
于是,爱因斯坦将光速相对于物理背景的不变性,扩展至所有的参照系。虽然,在不同参照系上的人看到的光速实际上是不同的,但却要求他们测量出的结果是相同的。
比如,在地面上打开手电筒 ,对于在火车 上行进中的人来说,应该是车速加光速。因为,火车并不代表物理背景,其并不会改变光的能量存在形式,火车与光子的速度差仅只是表观现象,并无任何实际的物理意义。
然而,为了满足光速不变原理,为了使不同的速度得到相同的测量值,就只好将度量速度的空间尺度与时间尺度加以调整。因为,速度是一个复合的物理参量,其是由长度和时间共同决定的。
这就好比虽然正常人变为了小人,但是度量个头的尺子也相应地变小了,所以测量出的身高读数是不变的。
这就是为什么,根据狭义相对论,速度会影响长度和时间变化的原因。其仅只是一个数字 游戏 ,速度虽然发生了绝对的变化,但我们可以通过度量尺度的改变,使得测量出的数据仍然保持不变。
因此,即便是人类可以接近于光速运动,就抽象的时间而言,也不会发生任何实质的变化,人类并不会因此而延长其寿命。
实际上,物体速度的变化,会使其与作为物理背景的量子空间之间的关系,发生了相应的改变。速度越大,该物体受到量子空间的影响与束缚也就越大,表现为空间量子对该物体的不对称碰撞 。
因此,速度对物体的影响,要具体问题具体分析。彼之毒药,就是我之 美食 。对于基本粒子来说,它们会因速度的增大而延长其寿命;反之,对于脆弱的人体而言,则其速度的加大,会因为量子空间的挤压而解体。
总之,速度固然会影响物体的存在状态,但是该速度仅只是相对于具体的物理背景而言的。而且,由速度产生的影响也并不是统一划一的。相对论性的时间变慢,仅只是人为的定义,其并不具有任何实际的物理意义。
所以,人类并不会因为接近于光速运动而延年益寿。如果人类真的相对于量子空间进行高速运动的话,那么其结果必然是灰飞烟灭。这就好比一个人从高空坠入水中,即便水是液体,其一样也会摔死人的。
假设你去野游时,被一只放射性的猎豹咬了一口,之后你拥有了梦寐以求的超能力——你的跑步时速可达光速。是不是想立即发挥一下,你的技能?
Ok,跑起--------
过不了多久,光速奔跑,与空气摩擦产生的温度,会把你活活烧成一堆碳分子。
是不是很惨?
再假设,你有一套闪电侠的装备,不至于被烧成渣渣。这时,你每秒可以环绕地球赤道7圈,是不是觉得自己比“奶茶”还厉害?不要高兴太早,以你的反应能力,你觉得你可以边跑边躲避障碍物吗?躲过固定的墙壁,能躲过闪入的 汽车 吗?
那大不了,我们跑向空无一物的外太空,不就行了吗?
还真不行,你以光速奔跑时,哪怕一个氢分子,对你而言都是一颗光速子弹。毕竟运动时相对的嘛。即使,你躲过了分子子弹,宇宙辐射也不会放过你的!
你还想要“超能力”吗?
如果人类以光速运动就可以长生不老吗?
这是一个老生常谈的问题,其来源出自爱因斯坦的狭义相对论,根据狭义相对论,物体在运动过程中的空间和时间,会依据物体运动的速度变化而发生改变,物体的运动速度越快,时间流逝的速度越慢。于是很多人自然地认为以光速运动,时间就会停滞不前,岂不是达到了长生不老的目的,实际上这是对狭义相对论的一种误解。
狭义相对论中的时间膨胀效应
爱因斯坦在提出狭义相对论时,同时明确了两个最基本也非常著名的定理假设,一个是狭义相对性原理,即所有的物理定律,与描述物体状态变化时,所采用的互相匀速移动参照系的选择无关。第二个就是光速不变原理,即在所有惯性参照系中,也就是观测者与目标物体的相对位置都是静止的参照系里,光线在真空中的传播速度始终保持不变,且为最高值30万公里每秒,与目标物体或者观测者的移动没有关系。
根据狭义相对论,我们可以换一种方式进行理解,即物体运动速度,在不同的惯性参照系内,所造成的时间和空间的变化结果是不一样的,也就是说在不同的惯性参照系内,这种时间和空间的变化不具有统一性。
那么,在两个惯性参照系内,对于这种时间和空间的转换关系,我们可以通过应用洛仑兹变换进行推导。我们可以假定观察者所处的时空坐标为(x,y,z,t),目标物体处在的时空价值为(x",y",z",t"),同时定义两个参考系的相对速度为v,以观察者角度确定目标物体的运动速度为u,则速度之间的相对关系为:v/u=1+ (1-v^2/c^2)。以此为基础,我们可以计算匀速状态下,两个参照系内的时间流逝速度比率为:ΔΤ"=ΔΤ*( 1-(v^2/c^2))。
通过上面的转换关系,我们不难看出,对于不同惯性参照系内运动的物体,他们相互之间的时间转换关系与运动速度有直接关系,而这个速度是不同参照系的相对速度,数值越大,越接近光速,则标量的变化,即时间的间隔就会向着无穷小的方向发展。这就是狭义相对论中关于时间的膨胀(也叫钟慢)效应。
时间的变化程度取决于参照系的选择
狭义相对论中关于时间膨胀效应的描述,是基于两个不同惯性参照系内进行时间流逝测量的结果,表达的是测量结果之间的转换关系。而如果在两个参照系内,将测量的钟表与观察者放到一起,不考虑二者的相对位移和相对运动速度的话,那么无论是在地球上进行观察,还是处在运动的参照系内进行自我观察,时间的流逝都是独立的进程。
那么,对于观测一个以非常高速运动的物体来说,我们从地球的视角进行观察,运动的物体所经历的时间的确是变慢了,假如我们能够看到其中承载的人的动作时,就像看慢动作回放一样。而当运动速度变为光速时,我们发现其中人的动作就完全停滞不前。这个情况也就造成了前文中提到的,感觉像是里面的人的生存时间被拉长了一样,对于地球观测者来说,这个人以光速运行似乎可以长生不老。
但是,如果以处在光速运动的物体视角出来,在其自有的惯性参照系下,其时间流逝速度是不会发生任何变化的,该走一秒还是一秒,一天还是一天,自身的时间流逝速度不会因为外界的观测而发生改变。
这种情况同样适用于空间的变换,如果以地球观测者来看,在一定时间内快速移动的物体可以经过一定的空间长度,但是按照狭义相对论的观点,这个观测是带有尺缩效应的,空间的实际距离要比在运动参照系中观测的移动距离要短。
惯性参照系在衡量时间变化程度上的重要作用
狭义相对论在描述物体运动速度对时间和空间引发变化的描述中,刻意强调了惯性参照系的概念,只有在观察者和运动的物体都处在相互静止或者匀速运动的参照系内,即惯性参照系中,相对论的推论结果才能生效。而这是解决由时间膨胀效应带来相应悖论的一个最基本前提。
那么,为何会产生悖论呢?因为物体的运动是绝对的,也会以观测者的参照系选择而发生方向上的不同。比如我们在地球上观察光线的运动,其以光速离开我们,那么反过来看,如果我们处在光线上,看着地球也是以光速远离我们,这两种远离的数值相等,但方向相反。那么,如果按照狭义相对论,无论是地球上观察光速运动的我们,还是我们观察光速运动的地球,所带来的时间膨胀效应是一致的,即看到的目标物体都会处于停滞不前的状态,那么处在两个参照系中的时间流逝速度应该都是一样的,为什么会有已经被证实的“高速运动的物体,其上的时间流逝速度要慢于静止参照系上的时间流逝速度”呢?
这就牵涉到了惯性参照系的改变问题。假如以光速离开地球而不再返回,那么理论上无论是在地球上,还是在光速运行的物体上,其二者的时间相对性就不会发生任何改变,因为它们之间不会发生相应的信息联系。
而如果经历了一定的光速旅行再返回地球,就会在时间相对应上发生了信息的交流,这种信息的交流取决于惯性参照系的打破,地球还是那个地球,上面的观测者是始终处于惯性参照系内,但是光速运动的物体势必要经过相应的加速和减速过程,而这个过程就不属于惯性参照系的范畴,因此从这种发生加速度变化的物体上看其它的惯性参照系,就不适用于狭义相对论以及时间膨胀效应了。
在这个过程中,从地球发出的光线,就会在物体从静止加速再从光速降到静止的过程中短时间内追回到运动物体上,从而在时间变慢的运动物体上观察地球,发现地球经历了比运动物体本身经历的时间要长的变化,地球上的人就变老了。
人体以光速运动是一件很正常的事,不会长生不老。。。不久将来,人类用速度不太高的飞船飞出太阳系,进入一个比太阳引力大几倍的星系。调整了航向,向星系引力中心飞去。成为自由落体,速度越来越大,很快就接近光速,看不清周围的世界。一会儿什么也看不见了。原来飞船正在光速飞行。不久周围的世界又清晰起来。飞船正以超光速的速度飞行,进入了暗物质世界。飞船和人体也变成了暗物质,日常生活一点儿也没有改变,也不会长生不老。。。进入暗物质世界之后,发现了外星人,和地球的人类差不多,也是碳基生命,他们也在研究暗物质,地球,太阳系,银河系等宇宙中百分之几的暗物质。地球人正以超光速运动,是否可以长生不老?
乖乖这个问题实在是脑洞大!首先先告诉大家: 有静质量的物体速度是不可能达到光速的 。接下来我们开始无边界的脑洞!
首先我需要恭喜你的是 你的寿命会很长,但是这只是在我们的眼中 , 你自己是没有感觉的。 这就像著名的爱因斯坦的双生子佯谬一样,两名20岁双包胎一名跨上一宇宙飞船作接近光速的长程太空旅行,而另一个则留在地球。在宇宙飞船回到地球时,在地球上的已经90岁了,但在宇宙飞船上的那个人却只认为过去了一年,他也只有21岁。
虽然你的时间确实变慢了,但这只是相对于我们而言,但 你的“有效时间”依旧不变。我们所追求的长寿是“感官上的长寿”。
除了寿命在别人看起来长之外,你的世界可能不会那么明亮,因为 假如有一束光向你照射但你却永远看不见它,因为你们之间相对静止! 在还有当你达到光速时, 不敢想象你自身具有的能量有多大!所以你会极容易“碰瓷”,所以祝愿你、、、、
当然我们必须说的,可能因为你自己已经达到上,你 可能不会感到异常。所有事情对你来说都是理所当然的,因为没有参考! 总之,这个问题难以有标准答案,因为确实我们从没有真正有过加速到光速的物体!
你是怎么认为的呢?
很多人对爱因斯坦的相对论理解并不是完全准确,有些片面。相对论告诉我们,运动的物体时间会变慢,速度越快,时间的流逝就会越慢,如果有物体的速度能达到光速,那么时间将会静止。
于是有人就产生了这样的疑问,如果能以光速运动,是不是可以不会变老,达到永生的状态?
事实上,且不说能不能达到光速,即使能达到光速,你老去的速度一点也不会变慢,为什么这样说呢?
首先我们说的速度越快,时间就会越慢,都是相对的。举个例子,假设你以光速飞行,我会看到你所经历的时间是静止的,就好像你永远定格在一个画面。但对于你而言,你看到的自己与你在地球上看到的自己并没有多大区别,你的新陈代谢速度没有变化,老去的速度没有变化,你时间的静止并不是绝对的,而是我看你的时间静止了!
所以说,如果你以接近光速飞行一年之后再回到地球,会发现自己仍旧长了一岁,并没有因为接近光速飞行而让自己变得年轻,但地球上的人或许已经过去上百年的时间,届时你儿时的玩伴可能早已去世,在地球上没有任何你认识的人!
相对论还告诉我们,物体的速度越大,质量就越大,想要加速需要的能量就越大,理论上,要想达到光速,需要无限多的能量才可以,显然这是不可能的,所以说任何物体都不能达到甚至超越光速,理论上只能无限接近光速。
人一生下来,生命就开始倒计时。任何
速度的运动方式都不能阻挡死亡的逼近。
“从生下起,人就站在死亡的线上排着队。
医生只是防着插队的人”。这是一句名言
但记不起是谁说的。
所以世间法里,没有长生不老不死的。
上个世纪初,瑞士专利局小职员爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》,其中基于光速不变延伸而来的质能相当原理直接宣告了 “有质量物体达到光速和超光速的死刑”
人类包括人类的飞船本质上都是由原子组成的,而原子都具有质量。因此人类的飞船在向光速加速的过程中会产生明显的质增效应,这种质增效应反过来就需要飞船用更多的能源来进一步提速,但这种提速又会进一步增加飞船的动质量,所以爱因斯坦狭义相对论中认为 “有质量的物体在加速到光速前质量就会变成无限大,因此它永远无法达到光速”
而人类之所以“痴迷”光速,除了因为达到光速可以便捷遨游宇宙外,还因为“达到光速时间静止”,也就是和“质增效应”类似的“钟慢效应”,目前人类已经在人造卫星的原子钟里证明了“速度越快时间越慢”的正确性。
然而在质能相当原理的限制下,人类想“达到光速后永生”显然是不可能的,而且最重要的是不论“时间变慢”还是“时间静止”都不过是低光速观察者的错觉而已,真正处于近光速飞行状态下的你依然会老去。
举个例子:“假如未来有一个人坐上了近光速飞船,这艘飞船飞行一天地球上就会过去一整年,但这个一整年是针对地球上的人来说的,近光速飞船里的人感觉一天就还是一天”
因此近光速飞船内的人一样会渴会饿会老去,由此可见“近光速”并不会让人长生不老或者避免死亡,真正想实现这个目标还是要从生物学和脑科学方面入手。
根据狭义相对论的时间膨胀效应,也就是运动物体的时间会变慢,所以我们理所当然的就会想到,如果人类以光速一直运动下去就可以长生不老吗?看似很合理,其实这是一种误解,不然我们就真找到长生不老的方法了,有钱人可能会经常坐到飞机上不下来,能多活一秒是一秒。那么为什么时间膨胀效应不能真正的延长我们的寿命呢?还有我们经常说的双生子吊诡是怎么回事?
也就是说一个双胞胎,让B乘坐光速宇宙飞船去外太空旅行个10年,回来发现地球上的A比自己来老了好多?这难道不是让B的寿命延长了吗?下面就说下这个问题。
以前人们认为时间在不同的地方、不同的参考系下都是连续不断的稳定流逝,不管你的运动状态如何,你和我感受到彼此的时间流逝速度都是一样的,这就是绝对的时空观,时空为万物提供了一个运动的舞台,但并不会参与、也不受事物的运动的影响。
但狭义相对论告诉我们,一个惯性系的运动会导致其他惯性系下的观察者看到你的时间发生膨胀,也就是看到你的时间减慢。这里需要注意的是,相对论之所以有相对两个字,意思就是说,这个理论下的所有效应都是相对于其他人的效应。
例如上图中的光子钟,在一艘宇宙飞船中,底部和顶部各放置一块反光镜,然后发射一个光子,此时的宇宙飞船是静止状态,你和外部观察者看光子的运动就如上图左的情形,这时没有所谓的时间膨胀效应,但是主要宇宙飞船以高速运行,你在飞船内看的光子的运动情况依然时左边的上下震荡。但外部的观察者并不这么认为,它会看到一个光子从底部到顶部,再返回底部会经历更长的时间。
所以在外部的观察者看来,你的时间变慢了,但在你看来一切都是正常的,你的表也会像往常一样走动,你的一小时还时一小时,也就是说你能活一百岁还是一百岁。并不会因为你正以光速飞行,而活得更长。
不仅如此,外部的观察者还会看到你的动作变慢了,像是再看一部慢动作电影,但在飞船里的你,依然会跟往常一样,并不会看到自己的动作变慢。这是因为飞船在高速远离地球的时候,根据多普勒效应,飞船发出的光的波长会被拉长,频率也会降低,我们接受到光的信息就会变慢。
那么反过来,飞船上的人也会看到同样的效应,地球上的时间也会变慢,因为相对论说了,这是相对于外部观察者的效应,那么你可能会想,既然对方都看到对方的时间变慢了,而对方有感觉自己跟往常一样,那么相对论的时间膨胀效应有何意义?对任何一方都没有影响?
这其实就是双生子吊诡问题,乘坐飞船外出旅行的B和待在地球上的A,等B返回地球的时候,它们各持己见,认为对方都比自己年轻,B认为我没有动是地球在运动,A的时间变慢,A更是觉得我们就在地球上,是B乘坐飞船 旅游 了一圈,是B的时间变慢了,B肯定比自己年轻。那么到底是谁正确呢?
其实B的说法是错误的,在狭义相对论中,并非所有的观察者都享有同等的效应,只有处在惯性系的观察者,也就是没有经过加速运动的观察者才会互相享有同等的效应。我们知道B在乘坐宇宙飞船远离地球的时候,肯定要经过减速,它返回地球时肯定要先减速掉头,然后再加速回来,B在加速和减速的过程中就不是一个惯性系,并不能享有相对论同等的效应。
所以,地球上的A认为的是正确的,也就是等B回来的时候,B确实会被A年轻。如果B一直以超光速远离地球并没有返回地球,那么对于A和B的相对论效应并没有互相影响。例如,现今宇宙的加速膨胀,以光速远离我们的遥远星系,我们看到这些星系也会观察到相对论效应,如果上面的外星人观察我们也是一样的,但我们彼此都没有相互影响到谁,还是各自过着正常的生活。