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相對論:達到光速時間就靜止,假如光速飛行,人能長生不老嗎?


愛因斯坦的相對路為人類認識世界打開了一扇新的窗戶,人類從牛頓的經典力學的絕對時空觀進入到了相對論時空觀的時代,在時空這個度規里,我們再也回不到溫暖的、經典的世界!

相對論:達到光速時間就靜止,假如光速飛行,人能長生不老嗎?

相對論已經在各個應用場合都得到了驗證,比如水星的進動,時空彎曲,引力波,但圍觀群眾還是對時間靜止比較感興趣,相對論說,假如達到光速,時間就能靜止,那麼我們人類如果進入光速飛船,是不是就能永生了呢?

達到光速,時間就靜止,到底是什麼意思?

其實相對論中並沒有達到光速時間就靜止的理論,它只是狹義相對論中的一個推論!1905年愛因斯坦發表狹義相對論時有兩個基本假設:

1、狹義相對性原理:在不同的參考系中,一切物理定律都相同

2、光速不變原理:真空中光速在不同參考系中都相同,與光源以及觀測者的相對運動沒有關係。

很多朋友往往都會有這樣的推測,誰說外星人的物理定律就和我們一樣呢?說不定他們那邊的萬有引力就是外有斥力呢!其實真的變成萬有斥力的話,物質就聚集不起來了,也就無法形成各式各樣的天體,更沒有後來的行星和生命了!

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而光速不變就更有趣了,大家都不認同這個假設,比如我們在火車上打開手電筒超前射出一束光,那麼這束光就是超光速的,很抱歉這樣理解是錯誤的,光速不與光源的速度相關,但頻率有關係(紅移或者藍移)!

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  • 那麼如何從狹義相對論到光速時間就靜止呢?

推導出光速后時間就靜止的是洛倫茲變換,很多朋友可能以為這是狹義相對論中的成果,但其實洛倫茲變換是用來解釋邁克爾遜-莫雷實驗中零結果的理論,1895年洛倫茲就通過相關態定理提出了所謂「本地時」的概念,運用這一概念他解釋了光行差現象、多普勒頻移和斐索流水實驗。

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本地時的概念在數學上相當於狹義相對論中的相對同時概念,但洛倫茲沒有理解得很深,只是作為數學工具而已,后又洛倫茲引入了一組適用於麥克斯韋電磁理論在相對以太運動的坐標系中時空變換的方程,即洛倫茲變換,並且在1899年和1904年洛倫茲進行了變換和補充!

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從洛倫茲變換中可以推導出尺縮效應、鐘慢效應(時間靜止)、質能轉換等奇妙的推論!似乎看起來洛倫茲老爺子已經站在了狹義相對論大門口?確實,就差臨門一腳了!但洛倫茲並沒有賦予這組方程的相對論含義,只是從數學上完美的解決了以太漂移零結果而已!

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所以狹義相對論中的洛倫茲變換意義仍然屬於愛因斯坦!

時間是怎麼樣靜止的?

洛倫茲變換中轉換到鐘慢效應並不複雜,很多朋友都能看懂,但理解起來卻不是那麼容易,不過鐘慢效應可以用一個很簡單的三角函數來完成!

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一個簡單的光鍾思想實驗

當U的速度等於光速時,動坐標時間就會逐漸趨向於零,簡單了理解就是當觀測者經過1秒時,運動中的時間就會小於1秒,當速度等於光速時就會變成零,這就是光速飛船內時間靜止說法的來歷!

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光速飛行的飛船中,人就能永生嗎?

光速飛船中時間靜止,這已經得到了大家公認,當然無法達到光速,所以並不能實際測量!不過我們知道高速運動的GPS衛星會因為相對論效應產生時間誤差(包括速度和引力雙重效應),繼而產生導航誤差,所以必須要進行時間修正!也就是說速度越高,時間越慢得到了實際驗證!因此後面不同的理解就產生了

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光速飛船的時間靜止到底是什麼意思?

上文的高速運動中光反射實驗,有兩個觀測者,一個是相對靜止的地面觀測者,另一個是和光源一起運動的觀測者,光速時間靜止的結果是相對靜止的地面觀測者得出的,從理論上來看,在乘員坐上光速飛船飛走開始,對地面觀測者來說,他就永生了!

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那麼有趣的推論就出來了,比如致命部位中了一槍,幾小時后就會掛掉,那麼上光速飛船就永遠不死了嗎?從觀測者的角度來看,確實如此,只要上了光速飛船,他就永遠停留在這個狀態了!

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但如果從飛船乘員觀測者角度來看,其實無論是光速還是非光速,只要勻速直線運動,封閉的沒有舷窗的飛船內乘員不會有任何感覺,當然時間也是如此,它滴滴答答一樣過,不會有任何區別,如果中了槍3小時后掛掉,那麼當飛船上的時鐘出發后3小時那會,壽命就終止了,不會再多一分鐘!

相對論:達到光速時間就靜止,假如光速飛行,人能長生不老嗎?

就像一個3小時后爆炸的定時炸彈,地面上人看來它永遠都不會爆炸,但在光速飛船內乘員的手錶過3小時,炸彈就爆炸了,和在地面上時沒有任何區別!

相對論:達到光速時間就靜止,假如光速飛行,人能長生不老嗎?

是不是有些小失望?狹義相對論給我們打開了一個永生的窗戶,但卻用一個更大帷幕把房子給罩上了,我們還是無法永生!

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