先暫且不談你能不能達到光速,假設你能夠以光速飛行,不要說離開地球一分鐘了, 哪怕是一秒鐘,甚至一瞬間,你也不可能再返回地球了,因為地球早就不存在了,不僅僅是地球,甚至整個宇宙都不存在了。
為什麼會這樣?
因為你光速飛行的一瞬間,地球或者宇宙就過去了無窮遠的時間,實際上就等同于地球和宇宙都毀滅了,都不存在了,你當然不可能返回地球了。
既然宇宙都毀滅了,而你本身又是宇宙的一部分,當然你也不可能存在。這就產生了矛盾,矛盾的根源就在于之前的假設:你以光速飛行。這樣就可以倒推出光速限制:無論如何你都不可能達到光速,只能盡可能接近光速。
而愛因斯坦的狹義相對論告訴我們, 速度越快時間就越慢,當你的速度無限接近光速時,時間就會趨于停止。
這就是參照系的重要性。日常生活經驗告訴我們,萬物的運動和靜止其實都是相對的,都需要有參照系才有意義。
舉個例子,你和朋友駕駛一輛小汽車在高速公路上行駛,時速為100公里。對于靜止在地面上的我來講,你的速度很快。但在你朋友眼里,你的速度為零,因為你一動不動。
因此,在判定一個物體是靜止還是運動時,必須有參照系作為前提。
其實這就是我們平時所講的「相對速度」, 任何速度都是相對的,都是相對其他參照系而言。在不同的參照系下,物體的運動速度也是不同的。速度的這種相對性,也非常符合人們的日常生活經驗,當然很容易被我們接受。
但是,當物理學家們對光進行深入研究時發現了奇怪的地方,無論他們怎麼測量光速,無論在任何運動狀態下測量光速,光速的速度始終保持不變。也就是說, 在任何參照系下,光速都是恒定的,光速是絕對的。
光速的這種「霸道」行為徹底顛覆了我們對速度的認知,很難被人們接受。但現實情況擺在那里,讓我們不得不接受。其實這也表明了一點:人們的日常生活經驗很可能帶有局限性,并不一定正確。
光速的這種絕對不變意味著什麼呢?舉個例子就明白有多反常了。
假設你以0.99倍光速去追趕一束光,在你眼里,這束光的速度是多少呢?如果按照我們傳統的相對速度公式來計算,應該是0.01倍光速。
但事實并非如此,這束光在你眼里的速度仍舊是光速,哪怕你以無限接近光速的速度去追趕這束光,在你眼里這束光的速度仍舊是光速!
這其實就是 光速不變原理。
而愛因斯坦的狹義相對論,正是建立在 光速不變原理和狹義相對論原理的基礎上提出來的,利用這兩大原理,可以推導出狹義相對論中的所有基本公式,比如說質增效應,時間膨脹公式,尺縮效應公式等等。
而時間膨脹效應是被伙伴們提到最多的,今天討論的問題其實也是 時間膨脹效應。
在牛頓的經典力學體系里,時間和空間都是絕對不變的。不過愛因斯坦徹底否定的牛頓的絕對時空觀,認為時間和空間都是相對的,都很有彈性,會隨著速度和引力的不同而發生相應改變。
當一個物體的速度越是接近光速,時間膨脹效應就越明顯。而如果一個物體的速度達到光速,比如說光子的速度就是光速,那麼時間就不存在了,也可以通俗理解為「時間靜止不動」了。
舉個例子,假設你乘坐一艘飛船,飛船的速度非常接近光速,你本身是感受不到時間膨脹的,你感受到的只是自己的 本征時間。何為本征時間?通俗來講就是「裝在自己口袋里的鐘表顯示的時間」,而每個人對本征時間的感受都是一樣的。
也就是說,飛船里的你自身感受,與在地球上的感受沒有任何區別。
根據時間膨脹公式,很容易計算出來時間與速度的關系。速度越是接近光速,時間膨脹得越厲害。
當你的速度為0.5倍光速時,時間膨脹了大約1.15倍,并不是很明顯。
當你的速度達到0.99倍光速時,時間膨脹了大約7倍,已經非常明顯了。
而如果你的速度達到0.99999999999999倍光速時,時間就會膨脹大約707萬倍,也就意味著,你在飛船上的一分鐘,地球上已經過去了707萬分鐘!
能夠看出, 只要你的速度足夠接近光速,時間膨脹效應就可以無限大ADVERTISEMENT
這或許就是大自然限制光速的原因所在。不要以為無限接近光速飛行就很爽,甚至誤認為「光速飛行就可以永生」。實際上無限接近光速飛行不但不能永生,甚至有可能死得更快。為什麼?
因為無限接近光速飛行意味著,你的一分鐘,就很可能意味著宇宙時間過去了無限久,你會感覺到宇宙一瞬間就走向終結了。既然宇宙都毀滅了,你當然也必然死亡,因為你也是宇宙的一部分!
除非,你在無限逼近光速的時候,脫離了四維時空,到達更 高維度的時空,那又是另外一個故事了!高維度時空過于科幻,這里不做討論了,免得有「民科」的嫌疑!
完!
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