相對論:速度越快時間越慢,無限接近光速飛行就能長生不老嗎?

2022-03-21     大寶貝     反饋

先說答案:無論你速度有多快,在你眼裡,你都不會長生不好,與在地球上的感覺並沒有任何差別。

相對論:速度越快時間越慢,無限接近光速飛行就能長生不老嗎?

下面解釋為什麼。

速度越快時間就越慢,其實就是愛因斯坦狹義相對論中的時間膨脹原理(鐘慢效應),但這個時間膨脹原理有幾個問題需要弄明白:

首先,無論在任何地方,任何運動狀態下,你感受到的時間流速速度都不會改變,這就是你的本徵時間。

每個人都有自己的本徵時間,也就是感受到的自己時間的流逝速度。這種本徵時間在每個人看來都是一樣的。

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這說明,無論你在宇宙中任何位置,如果把你關在密閉的空間內,你根本不能通過時間流速濕度分辨出自己是在地球還是在宇宙中其他位置。

但是,一旦你觀察了別人的本徵時間,你可能就會感受到時間流逝速度的差異了,這也說明時間是相對的。

比如說,在亞光速飛船上觀察地球,你會發現地球時間流逝變快了。或者說在黑洞附近觀察地球,也同樣會有同樣的發現。

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說白了,時間的變快或者變慢總是在對方,自己的時間感受總是不變的。也就是說,在你的主觀感受裡,你該活多久還是活多久,你不會感受到自己的新陳代謝速度有任何改變,當然不會長生不老。

上面的陳述中,「相對性」很重要,該如何理解時間(空間也是一樣,時間和空間是一體的)的這種相對性呢?

這種相對性,其實體現了光與其他物體的本質不同。下面來舉例說明光與其他物體有何不同。

假設你在一輛勻速行駛的公車上拍籃球,籃球彈起高度1米,彈起再落下總共花費1秒時間。也就是說,籃球在一秒時間裡運動了2米。

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但是對於靜止在地面上的我來講,籃球運動的距離顯然不是兩米,肯定比兩米要長(具體多長要看公車速度),但上下運動一個來回用時仍舊是一秒。

這說明,在一秒的時間裡,在我看來籃球運動的距離更遠。時間不變,距離變長了,速度等於距離除以時間, 也就是籃球運動的速度變快了!(注意我加粗的這句話,很重要,要與光速對比)

下面進行思想實驗,把上面的籃球換成光子,也就是所謂的光子鐘。

你乘坐一艘飛船,光子鐘放在一艘高速飛行的飛船上,光子在光子鐘裡就像籃球那樣上下來回運動。

同樣地,你會看到光子上下運動,而地球上的我會看到光子斜線運動。同樣的時間裡,我會看到光子運動的距離更長。

到這裡,一切正常。

最大的不同在於,光子與籃球有個本質的不同:光速是恆定不變的,而籃球的速度是可變的。

光速在任何參照系任何運動狀態下都保持恆定,都是30萬公里每秒。這就是光速不變原理。這個原理是狹義相對論的基本前提之一,也是一種假設(假設的原理我們為何還要接受?科學理論的本質其實就是假設,然後驗證。以後文章會詳述)。

麥克斯韋方程組也推導了光速只與真空的介電常數和磁導率有關,與參照系無關,因為公式中並沒有出現任何參照系。下面公式中的分母部分分別是介電常數和磁導率:

相對論:速度越快時間越慢,無限接近光速飛行就能長生不老嗎?

這時候再回過頭來看上面我加粗的那句話: 也就是籃球運動的速度變快了!由於光速不變原理的存在,在我眼裡光速不會像籃球那樣發生改變,仍舊是光速本身。

你很容易就會發現結果會有很大不同:光子速度沒變,但距離變長了,這意味著光子行走的時間變長了!

也就是說,飛船上的你看到光子上下運動一次花費一秒,在我眼裡會花費更長時間。這就是時間膨脹(鐘慢效應)。

與時間膨脹相輔相成的還有尺縮效應,兩者是同步的,是一體的,因為時間和空間是不可分割的。

相對論:速度越快時間越慢,無限接近光速飛行就能長生不老嗎?

現在你應該明白了,無論你如何運動,在你自己的感受裡,時間的流逝都不會有任何變化,只有相對其他的參照系,才能感受到時間膨脹。

這也是為什麼雙生子佯謬裡,哥哥乘坐亞光速飛船飛行一段時間之後,再返回地球,發現自己的弟弟變老了,而自己仍然很年輕。

除了速度,引力同樣可以引起時間膨脹效應,這體現在廣義相對論裡,以後會在後面的文章裡詳述。