光速飛船上的人真的可以長生不老嗎?角度不同,答案不同

2021-01-07 探索浩瀚星空

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

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。

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  • 光速飛行的人真的可以長生不老嗎?從我們的角度是,那他自己呢?
    時間可能是世界上最熟悉也最不可思議的事。試想一下從生到死,一切都在時間中演變,但時間從哪來,又到哪去?這誰也不知道。在狹義相對論中,速度是時間的快進鍵,而光速是時間的暫停鍵。當達到光速,時間靜止;當超過光速,時間快退。
  • 假如飛船以亞光速飛到10光年外,飛船上的人會覺得瞬間到達嗎?
    有些人可能對這個題目感到不屑一顧,因為從地球到10光年以外的地方,用光速飛行不就是需要10年的時間嘛,怎麼又會扯到瞬間呢?事實上,這個問題沒那麼簡單,需要涉及到相對論,因為不同參照系的時間流逝速率是不一樣的。尤其是在接近光速運動的情況下,時間膨脹效應將會變得不可忽略。
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  • 在光速飛船中還能夠與地面觀測者通無線電話嗎?
    有位朋友提出一個奇怪的問題:假如我正在和某人通話,突然自身以光速運行,通話質量會如何?怎麼會突然自身以光速運行呢?時空通訊只能假定這位大俠是乘坐在光速飛船裡。儘管所謂的光速飛船永遠只能是一個夢想,但也不妨來個時空通訊科普解夢。這個某人是誰?
  • 時間膨脹的感受,光速飛船乘員與地球觀測者時間差異有多大?
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    筆者-小文光速是宇宙中的最快速度,為每秒30萬千米,而光速也是被認為是最為渴望達到的速度,因為一旦達到光速,人類不僅可以縮短飛行所用的時間,而且還有機會星際旅行。而根據愛因斯坦提出的相對論,一個物體一旦達到光速,它的時間就會變慢,就外界看來,這樣物體的時間就如同靜止了一般,這就意味著人類有可能實現穿越,回到過去或者未來。雖然,人類距離光速飛行還有很長遠的一段路要走,但科學家發現,除了光速本身以外,還有一種名為時空曲率引擎的物質將在未來取代光速。
  • 一個人坐在無限接近光速的飛船上,他自己會感受到時間變慢嗎?
    有人問了一個問題:如果一個人坐在無限接近光速的飛船上,是不是只是我們覺得他的時間變慢了,而對於他來說,他覺得時間一點也沒變,自己還是只能活那麼久?是的,這就是相對論。相對論裡時間的相對性是需要以兩個參照系互相作為比較的,如果只有一個參照系,那麼是不會存在時間的相對性,在任意一個獨立的參照系裡時間永遠均勻流逝(這樣表述在相對論裡顯得有點怪,但這樣表述是一般人最容易理解的,下同),並不會變慢。
  • 光速旅行時間變慢,為啥不會因此增加壽命?地球上的人為何會變老
    根據狹義相對論的時間膨脹效應,也就是運動物體的時間會變慢,所以我們理所當然的就會想到,如果人類以光速一直運動下去就可以長生不老嗎?看似很合理,其實這是一種誤解,不然我們就真找到長生不老的方法了,有錢人可能會經常坐到飛機上不下來,能多活一秒是一秒。
  • 光速飛行的飛船上射出一束光,那這束光的速度是多少?
    人們對光速飛行還真感興趣,明知不可為而為之。首先飛船是達不到光速的,原因就是具有靜質量的物體是達不到光速的,除非有無限大的能量,這一點由相對論的質量效應公式解釋的很明白。相對論質量效應公式(其中m為物體質量,m0為物體靜質量,Ⅴ為物體運動速度,C為光速,如果V=C,則分母根式=0,則m=+∞,需無限大能量才能推動這個無限大質量的物質達到光速)。
  • 光速到底是不是速度的極限?我們有可能超過光速嗎?答案讓人意外
    我們可以超越光速嗎?速度唯一限制速度的因素是遇到比你慢的東西阻礙你,或者阻力比提供加速度的力大。一旦你離開我們的隊列,就沒有什麼可以阻礙你的加速。光速 來源:62a如果光是在真空中的話,光在站著不動的人旁邊發出時,光以光速離開那個人。如果那個人以光速旅行,並經過一個在他經過之後打開的光源,那個人將看不到那盞燈,因為那盞燈永遠追不上那個人。
  • 如果超越光速,時間真的會發生倒流嗎?
    美國密西根理工大學的物理學家羅伯特·涅米羅夫,利用一個非常簡單的模型對此進行了研究。相同的速度,指的是飛船去程時相對於地球的速度,與返程時相對於行星X的速度大小相同。這意味著,飛船返程時相對於地球的速度大小需要使用狹義相對論來計算。設定3:為了計算的方便,飛船發射時的時刻設為0。設定4:討論中所說的時間和距離都是相對於在地球上的觀察者而言的。涅米羅夫對飛船在近光速、等光速、超光速等不同速度下的情形進行了計算。
  • 如果一個人光速飛行10秒鐘後返回地球,他還能見到自己的家人嗎?
    理論上每個人都有自己的時間,從相對論的角度來出發,就是與運動速度和所處位置的時空曲率(引力)大小有關。結論都很清楚,那麼是如何推導出來的哪?時間最表觀的理解就是鐘錶秒針每移動一隔就是1秒鐘,而這個一秒鐘的長度可以有更準確的定義。
  • 如果速度達到光速,時間會停止嗎?
    根據狹義相對論的鐘慢效應,速度越快時間越慢,很多人就會認為,速度到達光速,時間就會停止。事實上,從光的角度來看,時間並沒有被凍結,因為光沒有角度。不存在光速參照系,可以使光處於靜止狀態。這是愛因斯坦狹義相對論的基礎,在過去的一百年裡,它已經被大量的實驗所證實。
  • 相對論裡的時間膨脹效應能讓人長生不老嗎?
    很多人都聽說過愛因斯坦的相對論裡有一個奇怪的效應——時間膨脹效應。根據這個效應,運動物體的時間跟靜止物體的時間是不同步的,物體的運動速度越快,時間過得越慢。當物體運動速度接近光速,時間就會變得無比緩慢。於是,就有小朋友腦洞大開,紛紛表示古時候《西遊記》裡說的「天上一日,凡間一年」原來是真的,神話故事終於有了科學依據!嗯嗯!那麼天上神仙的長生不老是不是也能實現了呢?
  • 銀河直徑14萬光年,不用光速也能快速橫跨?理論上完全可以實現
    我們常常能夠看到這樣的科普文章,光速是宇宙中的速度極限,在宇宙中,沒有任何物質的速度可以超過光速,光速就是我們人類的枷鎖,我們永遠都無法超越。甚至有人說,就算有天我們的科學技術可以讓我們超過光速了,但是我們依然不能到達宇宙的邊緣,甚至我們都無法橫跨銀河系,其實在物理學中,有這樣一個理論,可以讓我們在不達到光速的情況下,就可以橫跨銀河系。這雖然聽起來就像是天方夜譚,那麼今天我們就一起來看看,這天方夜譚到底要怎麼去實現。
  • 光速是人類已知最快的速度,那麼請問世界上有最慢的速度嗎?
    目前光速是人類已知最快的速度,那麼請問世界上有最慢的速度嗎?但換個角度來說,對於處在各自靜止參照系中的物體,它們都是宇宙中最慢的物體,它們的速度為零。 根據狹義相對論可以想像這樣一個場景:一個相對於地球以極為接近光速運動的飛船裡有一個人端著杯子喝水,動作自然流暢,沒有任何停頓;
  • 超光速飛船的詭異行蹤
    不過,讓我們暫時假設一下,如果可以進行超光速旅行,那麼究竟會發生什麼呢?時間真的會發生倒流嗎?  最近,美國密西根理工大學的物理學家羅伯特·涅米羅夫,利用一個非常簡單的模型對此進行了研究。相同的速度,指的是飛船去程時相對於地球的速度,與返程時相對於行星X的速度大小相同。這意味著,飛船返程時相對於地球的速度大小需要使用狹義相對論來計算。  設定3:為了計算的方便,飛船發射時的時刻設為0。  設定4:討論中所說的時間和距離都是相對於在地球上的觀察者而言的。  涅米羅夫對飛船在近光速、等光速、超光速等不同速度下的情形進行了計算。
  • 物質不可能從有到無再還原成原來的有,超越光速是一個錯誤嗎?
    時間簡史裡有提到以光速飛行會導致不同的時間流速 以固定觀察者的時間流速作為參照就像穿越了時空。 愛因斯坦的相對論斷言光速是任何物質在真空中的最快速度,小說家的幻想沒有依據。一些歐洲科學家在實驗中發現,中微子速度超過光速。 如果實驗結果經檢驗得以確認,愛因斯坦提出的經典理論相對論將受到挑戰。 科學界認為這項發現是在愛因斯坦的理論上「炸開一個大洞」。
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    很多人一提到超光速就拿愛因斯坦的狹義相對論說事,但事實上狹義相對論的關鍵要素之一,洛侖茲變換來自於大神洛侖茲的傑作,他在1895年時提出了在運動方向上長度收縮的概念,來解釋1887年麥可遜-莫雷在以太漂移中的零結果!當然洛侖茲的解釋是令人信服的,但很可惜他仍然在死守以太的概念,儘管當時已經對於光速呼之欲出,但洛侖茲失之交臂!