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相對論是人類科學史上非常偉大的一個理論,愛因斯坦在上個世紀提出之後,讓人類對時空有了更新的認知。也指引著人類探索宇宙的方向,通過相對論,我們知道了有質量的物體,它的速度只能無限接近光速。
相對論同時也限制了物體的速度極限,那就是光速,科學家曾經在實驗室做過大量的粒子加速實驗,不管如何努力,粒子的速度只能無限接近光速,而無法真正實現光速,在宇宙中或許只有光子才能夠以光速飛行。
相對論讓我們知道了物體的速度極限是光速,同時它的時空扭曲論也讓我們明白了,物體的速度越快,時間也會越慢,這就是遲縮效應。當物體的速度無限接近光速的時候,那麼時間也會變得無限慢。直到物體的速度達到了光速,時間就會完全停止。
速度跟時間的這種關係,讓一些朋友想到了實現長生不老的一個方法,那就是乘坐光速飛船在星際間不斷航行,這樣人類就實現了長生不老。那麼光速飛船上的人真的可以長生不老嗎?
時間可的扭曲已經是被證實的科學理論,地球軌道的衛星時間跟地面時間有差異就是很好的證明,我們了解的衛星跟地面同步,是科學家修正了這種差異的結果。速度越快,時間越慢也不用懷疑,可是要說乘坐光速飛船能夠讓我們長生不老,那可能是你想到了,這樣的好事是無法實現的。
可能有人不理解:相對論不是告訴我們光速之下的時間是靜止的嗎?為什麼我們坐在光速飛船上無法長生不老?其實要揭開這個謎團並不困難,我們從不同的角度得到的答案也是不同的。
時間的快與慢其實也是一個相對的事情,這一點跟速度是相對的是一樣的道理。當光速飛船從地球出發,在不斷加速的過程中,存在一個轉變過程,站在地球上,我們相對於飛船來說是一個旁觀者。
剛起飛的飛船跟地面的時間是一樣的,當它開始加速的的一段時間內,飛船的時間跟地面的時間也沒有什麼區別。因為要真正明顯感覺到時間大幅變慢效應,還需要飛船加速到洛倫茲變換公式的要求。而這個速度的進步是70%光速。
只有飛船的速度達到了70%光速之後,速度帶來的時間變慢才會非常明顯。這時候你從飛船上的窗戶向外看去,會看到一幅非常神奇的景象,那就是飛船後面的反射光線會越來越慢,直達飛船達到了光速,後面的光線都會靜止不動。
對於地球上的旁觀者來說,飛船加速之後很快就消失在了視野中,只留下一個無比長的光線波。地球上的人們知道飛船正在不斷向光速加速,可是對於飛船上的人來說,它是能夠一直看到地球的運動變化:地球的運動越來越慢,最後停了下來。
所以,當飛船的速度達到光速之後,對於飛船上的人來說,一切都靜止了,整個時空就像是被固定住了一樣,變得絲毫沒有意義。當時間完全停止,時空沒有了意義,理論上來講,飛船上的人永遠都會保持青春,也就實現了長生不老。
可事實上以上的這種情況永遠不會發生,因為我們知道飛船的速度是不可能達到光速的,它的極限就是99.999%這樣無限向光速靠近,既然光速不可達,那麼時間就不會真正停止下來,那麼長生不老自然也就無法實現。
即使如此,如果飛船的速度能夠實現無限接近光速的亞光速飛行,也可以讓飛船上的人相對於地球上人,獲得無比漫長的壽命。根據狹義相對論的時間膨脹效應公式計算,當一個人在50%光速,即每秒約15萬公裡的飛船中時,他的時間膨脹達到了1.1545倍,也就是說這個人飛行了1年時間回來,地球人過了1.1545年。
這個時間並沒有發生很大的變化,可是當速度達到99.99%時,時間膨脹效應就會非常明顯,飛船裡的人過了一年,而在地球的觀測者則已經過去了70年。這個時候你再回到地球,可能一部分親人已經離你而去了,而曾經兒時的玩伴,現在也都已經老了,即將走到生命的終點。
而站在飛船的角度,你感覺只在飛船上度過了一年,地球已經過去了70年。當我們繼續將飛船的速度提升,達到了99.999999999999%時,膨脹效應就會更加誇張,達到了707萬倍。如果在這個速度下,你在星際間旅行了一年,那勸你不要再回地球了。
因為那個時候的地球已經過去了707萬年,可能當你回來的時候看到的地球早已大變樣了,有可能地球已經不是生命星球,成為了一個荒涼的惡劣地球。也有可能地球還是美麗的生命星球,可是地球的霸主已經不是人類,而是其它的智慧生命。
當然,最好的一種結果是人類還存在,一直延續發展著科技,707萬年後科技已經發展到一個不可思議的程度。而對於一個像你這樣的707萬年前的祖先,估計興趣會非常大,你將成為全人類的祖宗。
看上去非常美好,你的壽命相對於地球人類來說是漫長了很多,活個幾百萬年,幾千萬年都不是問題。可是站在飛船的角度,你的壽命仍然不會有太大改變,可能也就百年左右。當你在飛船上度過百年之後,你仍然要迎來生命的終結。
光速在我們看來是一個快到極致,無法達到的速度,可是面對浩瀚的宇宙,它也只是一個龜速。就算是小小的銀河系,直徑也達到了10萬光年,光速橫穿也需要10萬年,當然這10萬年只是站在地球上人們的時間。如果你能夠乘坐無限接近光速的飛船進行航行,在你的有生之年還是有希望走出銀河系的。當然,也僅僅是走出,而要探索其它的星系,比如仙女座星系,那是不可能的,除非實現傳說中的蟲洞穿梭才行。