乘坐无限接近光速的飞船飞行,你的时间就静止了吗?

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生活中我们经常听到这样一句话:静止是相对的,运动是绝对的。其实这句话并不严谨,从物理学上来讲,静止和运动都不是绝对的,两者都是相对的。

那么什么才是相对的呢?“相对性”是绝对的(还有光速,后面会讲)。

乘坐无限接近光速的飞船飞行,你的时间就静止了吗?-第1张图片-趣闻屋

狭义相对论里强调的“时间膨胀效应”(钟慢效应)指的就是相对性。时间到底会不会膨胀,与速度无关,与相对速度(相对性)有关。相对速度越大,时间膨胀效应就会越明显。

就像题目中所说的那样,即便你乘坐无限接近光速的飞船飞行,但飞船里的钟表相对你来讲是静止的,你与钟表之间并不会出现时间膨胀效应,因为你们之间的相对速度为零。

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一个生活中经常遇到的现象告诉了我们为何运动也是相对的。我们通常说“某个物体的速度是多少”,其实基本上都是默认地面为参照系,这说明速度是相对的。在没有选择参照系之前,所谓的“速度”是没有意义的。

一个物体的速度到底是多少,取决于你选择的参照系。

这里需要明白一点,光速是任何物体的速度极限速度,爱因斯坦的狭义相对论也说明了这点。

所以,不要妄想任何有(静)质量的物体能够达到或者超越光速。因为假设物体的速度达到甚至超越光速了,意味着观察的效应马上就变了,你将看不到身后的任何事物,而且不管多么遥远的距离,你都会瞬间到达。相对于外部世界,你就是永恒的,因为你的时间是静止的。

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所以,即便你乘坐无限接近光速的飞船飞行,也并不意味着你的时间就静止了。相对于飞船内部而言,你并不会有任何异样的感觉,与在地球上的感受没有什么两样。但在地球上的人看来,你的时间确实静止了,你将成为永恒的存在。

那么,为什么会出现时间膨胀效应呢?速度为什么会影响时间流逝的快慢呢?

一切都是因为那“霸道”的光速:光速的绝对性(光速不变原理),这个原理也是狭义相对论的基本假设之一(另一个相对性原理)。

上文所说的“在没有参照系的情况下,谈论速度其实是没有意义的”,这句话其实也并不严谨,因为有一个例外:光速!

光速就不需要任何参照系,或者说在任何参照系下光速都是恒定不变的(真空中的光速),光速只与真空的介电常数和磁导率有关,与参照系无关。麦克斯韦方程组推导出来的光速的计算公式中也充分体现了这点:

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何为“光速恒定”?

举个例子,假设你驾驶一辆汽车以99%光速行驶,我静止在地面上,在我眼里,车灯发出的光线速度并不是汽车速度+光速(199%光速),而仍旧是光速!在你眼里,车灯发出的光的速度也是光速。这就是光速的绝对性和不变性,光速并不能直接用速度叠加计算。

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实际上,严格来讲,任何相对速度都不能用V=V1+V2这样简单的速度叠加计算(伽利略变换),而应该用更严谨的洛伦兹变换变换。只是我们生活在低速世界,速度直接叠加(伽利略变化)误差非常小,基本上可以忽略不计。

就是因为光速那霸道的不变性才会出现时间膨胀效应。还拿上述的99%光速行驶的小汽车举例子。99%光速飞行的你与静止的我看到的车灯光的速度都是一样的,这意味着一定有某种东西不一样,不然不同运动状态下的你和我看到的车灯光的速度不可能是一样的。

这种东西就是时间(还有空间,时间和空间是一体的)!时间和空间必须改变来迎合光速的绝对不变性!

当然,用数学公式也不难推导出时间膨胀效应,主要是根据光速不变原理推导出来的。这里就不再详述数学公式的推导过程了,有兴趣的小伙伴可以试试。

标签: 宇宙探索

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