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當前視點!一光年是光走一年的距離,但一光年的距離光真的需要走一年嗎?

先說答案:一光年的距離,光的確不需要走一年。因為光不需要任何時間,別說一光年距離,就是整個可觀測宇宙大小的距離(930億光年),光經過也

先說答案: 一光年的距離,光的確不需要走一年。因為光不需要任何時間,別說一光年距離,就是整個可觀測宇宙大小的距離(930億光年),光經過也不需要一點時間。光是時空脫離的界限,因此不再需要時間。

物體只有在還沒有達到光速的時候,其時間流逝才會有變慢的問題,這是狹義相對論的時間膨脹效應。如果物質達到光速,物質就成為光了。而光是沒有時間的,所以物質在光速下不是時間流逝會變慢,而是壓根沒有時間。但問題是靜質量不為0的物質是不可能達到光速的。這由狹義相對論的質量效應公式可以看出:

(其中m為物體的質量,m0為物體的靜質量,Ⅴ為物體的運動速度,c為光速),當V→c時,分母→0,則m→+∞,也就是說當物體運動速度趨向于光速時,物體的質量會趨向于無窮大。如果宇宙是有限的,那全宇宙的能量都不夠推動這個物體的。當然這個結論是基于光速不變原理得出的,即光速對于任何參考系都是個常數。光速是個常數在理論上是來自于麥克斯韋的聯立方程組的推導,在實踐上和觀測上也屢屢被證實。比如在大型對撞機上,無論對粒子用多大能量加速,粒子總也達不到光速。這就是光速限制原理。


(資料圖片)

好了,扯的遠了,說這么多,是因為題主在描述中說到人在光速飛船過一年和地球過一年不同的問題。通過上面所說可知,飛船是不可能達到光速的,還是那句話:如果飛船達到光速了,人在飛船里面也是光速了, 人和飛船都成為光了,他們不再有時間,因此是沒有什么“一年”的問題。 不要認為飛船達到光速了,而人相對光速是靜止的,所以人該怎么過就怎么過,照常有時間,照常吃喝過一年。

錯了,不是這樣的

人如果在光速飛船里,人和飛船一起脫離時空,沒有什么相對絕對這一套了。愛因斯坦常說人如果達到光速,光對于人是什么樣?連他也想知道,可見這個問題超過相對論的適用范圍。就像“光對于人是光速,根據相對性,那人對于光是不是也是光速?”這個問題一樣,在這里相對性是不管用的,因為這已經超越我們這個宇宙時空了。

這個問題到這兒應該是回答完了:一方面回答了不可能達到光速,不存在光速飛船。另一方面回答了假如真達到了會是怎樣的問題――不需要走一年。但人不會滿足獵奇心,那下面我們就引申一下,來談談亞光速的情況,這是現實能達到且更令人神往的。

人只有在亞光速飛船才有時間,才有過了一年的問題,但在亞光速飛船里的一年和在地球上過一年,對于人的體驗感覺是一樣長的。不同的是時間的相對性和同時的相對性: 在不同參考系對同一觀察對像時間的觀察結果是不一樣的。 比如說,人乘坐亞光速飛船到半人馬座的阿爾法恒星系,這個三星系統其中的比鄰星距離我們地球只有4光年多一點。飛船以極為接近光的速度(光速是不可能達到的)飛往阿爾法星。在地球上的觀察者看來,地球和阿爾法星是靜止的,而飛船用了4年多的時間走了4光年的距離到了阿爾法星;但在近光速飛船的太空人看來,地球和阿爾法星都是運動的,地球在離飛船而去,阿爾法星向飛船而來,到阿爾發星的距離沒有4光年,用了不到4年的時間到了阿爾發星。這一切都是真實的,這個飛船越接近光速,飛船用的時間越短,遠遠低于4年的時間就到達阿爾法星了(由于本文不涉及空間距離,在這里就不列舉尺縮效應公式,至于時間膨脹公式將在下面列出)。

這里面有一個問題就是,地球人盡管測得距離阿爾法星是4光年,飛船也飛了4年多,但這是地球時間,地球觀察者觀察到飛船上的鐘表時間變慢了(只要能看到),飛船上的太空人動作非常慢,飛船長度也變短了。而另一方面太空人認為自己的時間并沒有變慢,相反,他觀察到地球的時間變慢了,地球的觀察者在運動方向上變短了。太空人認為自己用了不到4年的時間到了阿爾法星,那地球上的時間會過的更少。也就是 說兩個不同參考系的觀察者相互的觀察結果是相對的, 地面的觀察者看到亞光速飛船的人的時間流逝的很慢,同樣飛船里的人觀察到地面的時間流逝的也很慢。這就是“時間佯謬”,也叫雙生子佯謬。這是怎么回事兒?這不和上面說的矛盾了嗎?不,當然只要這個亞光速飛船一直勻速直線運動下去,不再返回地球,那飛船和地面的“一年”是“一樣”的。

但如果飛船又通過減速加速返回地球,那飛船的時間就真的比地球的時間膨脹多了,過的慢多了。這是因為通過加速和減速,飛船進入了不同的參考系而真正改變了時間。飛船上過“一年”地球上真的過了N個年。雙生子中當宇航員的哥哥回到地球真要比弟弟年輕的多了。這個N隨飛船速度越趨近光速而 越大。具體有個公式:

其中t′為地球時間,t為飛船時間,V為飛船速度,c是光速。由式中可以看出,V→c時,分母→0,t′→+∞,也就是說飛船越接光速,飛船上即使過很少的時間,地球也會過相當長的時間,下面簡單說幾個速度的情況:當t=1年,V=0.99c時,t′≈7.089年。當V=0.999999c時,t′≈707年。……有興趣的可以繼續算。這個公式反過來用也行,用t′來計算t,就是用地球時間t′來計算飛船t的時間,就能算出上面乘近光速飛船用了多少時間到阿爾法星。

不過不管飛船和地球差多少年,不同參考系觀察者對時間的感覺(意識時間)是一樣的,而對時間流逝速度(真正的物質時間)是感覺不到的。

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責任編輯:hn1007

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