短短的一分钟,在常人眼里或许轻如鸿毛,但若以光速为标尺(虽然实际旅行无法触及光速,让我们在此假设一刹那间的接近),那么即使是这一分钟,其影响也将如同宇宙洪荒。不仅仅是一分钟,哪怕是细微至一秒、一微秒,它们所造成的时空效应无异。
设想一位太空探险者,驾驶着光速飞船,只一分钟便环绕星河一圈,重返地球时,是否还能与亲人重逢?答案是残酷的否定,因为"接近"二字并非确指,它代表着无限接近。无限之接近,意味着时间的无限膨胀,那膨胀的尺度足以跨越生命的轮回,甚至是宇宙的生灭。
人们或许会质疑:"不就是区区的一分钟,掐指一算不过60秒而已,何来如此之大的效应?"问题的关键,在于那光速之谜。一人若以无限接近光速移动,他与时间的赛跑,将是对时间的追逐,直至时间在他的视角里凝为静水。
1887年,迈克尔逊-莫雷实验的发现,揭开了狭义相对论的神秘面纱——光速,在宇宙中似乎是铁打的常数。在量子世界中,光仿佛独行侠,连赋予万物质量的希格斯场都无法撼动它分毫,因此光不受任何束缚,自由驰骋。
这项发现震撼了科学家们的世界。早在麦克斯韦电磁方程中,人们就揭示了光速的恒定。
电磁波的速度,基于两个可测量的常数得出,而光,广义上讲,只是电磁波中的一种,与其它如无线电波、微波、宇宙射线等不可视的光波同源。
然而,相对论的兴起,打破了伽利略相对性的认知。在伽利略的世界观里,一艘匀速直线航行的船只中,你难以分辨自己究竟是静止还是在运动。
正如你若不仰望星空,难以察觉自己正随着地球自转与公转。但"光速不变原理"的出现,却让时间与光产生了奇妙的联系。
设想一列高铁匀速通过站台,站台上有一位检票员,而在高铁车厢中央,有一道光信号突然发出。对高铁上的乘客而言,光信号向车厢两端的传播是等距的,因此应同时到达。
但对站台上的检票员来说,高铁是移动的,所以光向前端与后端的传播速度并不相同,导致他观察到的将是光先抵达一端,后抵达另一端。
在不同的参考系中,相同的事件却有着不同的时间解读,这就意味着不同的时间流逝速度。换言之,乘客与检票员身处不同的时间领域,时间对他们流淌的速度并不一致。
而真正的时间膨胀现象,却因日常生活中的低速运动难以察觉。若以光速108000万km/h(或30万km/s)与高铁350km/h的速度相比,差异悬殊。再回到飞船的例子,想象小美与小泽各持有一个光子钟,在飞船上的小美看来,她的光子钟与地面的光子钟行走轨迹不同。
由于光速恒定,小泽看到的小美光子钟的运动轨迹,其往返距离大于直线上下的距离,导致他觉得小美的光子钟走得更慢,亦即小美的时间流逝比他慢,也就是说小美正逐渐变得越来越年轻。
当飞船从A点飞至B点,通过勾股定理,我们可以算出飞船上的时间t'与地球上的时间t之间的关系。
以飞船速度v为横轴,0到1倍的光速为刻度,可以发现当飞船速度无限接近光速时,时间比值趋于无穷大。
这个无穷大的时间比值意味着,地球上的一分钟,在飞船上可能是亿万分钟,且这个时间会随着飞船越来越接近光速而无上限增长。
当飞船的时间趋于无穷大时,光子钟将趋于静止,时间仿佛凝固。光子将永远停留在光子钟内,飞船内的一切也随之停滞,也就是说,在小美几乎达到光速时,弹指间或许已见地球乃至整个宇宙的毁灭,她将目睹宇宙的终结,更不必提回首那已消逝的家园与亲人。
这就是《狭义相对论》所述的时间膨胀效应,相对速度越快,时间膨胀效应就越显著!!!
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