相對論點明了鍾慢效應，當一個人以光速飛行時，地球上有何變化

2020-08-23 閒雲趣談科學

相對論建立了相對時空觀，指出了時間擁有鍾慢效應，物體運動速度會改變它。當一個人以光速飛行，地球上的時間也會發生變化。


在經典物理學建立起來之前，科學家還在思考世界是由什麼組成的，直到牛頓出現，建立了絕對時空觀，世界的本質才有了個輪廓。絕對時空觀嚴格定義了時間和空間，也得到了世人的認可。在它的限制下，世界萬物的運動才是合情合理的。然而愛因斯坦卻說絕對時空觀是錯誤的，時間和空間都是相對而言的，並非一成不變。

狹義相對論指出了物體的速度將影響時間的流逝，時間概念是人類創造出來的，為的是計量物體的變化。時間也離不開空間，物體存在於空間中，沒了空間，時間也就沒有存在的意義了。


鍾慢效應和相對論

鍾慢效應是狹義相對論的時空觀的推論，愛因斯坦提出來的時候，被科學家們嘲笑了好長一段時間，認為時間膨脹理論就是個笑話。隨後愛因斯坦拿出了慣性系，這是專門用來構建勻速理想運動的工具。

在進入實驗之前，先問下大家能不能區分時間變慢的意思？生活中的時間變慢可以用鐘錶直接描述，物理範疇內的時間變慢，說的是流逝速度變化了。

  • 時鐘只能說是有計量時間的能力，不能準確描述時間的流逝速度。


除了慣性系，我們還需要一個放射性衰變粒子時鐘，這種時鐘在理想狀態下可以做到精準計量時間的流逝速度。用物理手段將其加速，再觀察裡面的粒子，你會發現它的衰變沒有完成。高速運動幹擾了衰變過程，原本的衰變時間是10秒鐘，現在被改變了，衰變期將由運動速度來決定。

  • 這就是鍾慢效應，我們作為觀察者，所使用的參考系不同，所以能更直觀的感受到時間的異常。

也不用質疑理論的真實性，科學界早就蓋棺定論了。

光速飛行和時間變化


說完了鍾慢效應，下面的內容你就能理解了。愛因斯坦在1905年時提出了光速不變原理，指出光速是不可打破的極限，不管你站在什麼位置，有什麼限制條件，也不管你使用的是什麼慣性系，光速都是不變的。那問題來了，一個人以光速飛行5秒鐘，回到地球後會發生什麼變化？

思想實驗就是這樣，不要考慮它能不能完成，我們直接考慮它會是什麼樣的結果。很明顯，光速飛行時，這個人感受到的時間和別人不一樣了。

鍾慢效應出現，從旁觀者的角度來看他，這個人已經成了永恆，時間歸零。我們再換一個參考系，用地球上的時間來計量，得出的結果是時間過去了上萬年。如果他能夠回到地球，他的年齡能夠當地球上所有人的老祖宗，用滄海桑田來形容最為合適。那他有沒有可能會穿越回過去？


穿越幾乎不可能發生，除非他的速度突破了光速，打破光速不變原理，實現時間倒流。但是時間倒流的程度沒辦法控制，說不定他會穿越回恐龍時期。

超光速沒有我們想的那麼簡單，光速不變原理和熱力學第二定律一樣，都是宇宙物質運動的鐵律。在2011年時，來自歐洲核子研究中心的科學團隊宣稱他們觀測到了超光速粒子，沒多久，他們又說中微子可以達到超光速狀態。消息一傳出來，信奉相對論的科學家就說他們的觀測結果是錯誤的，有質量的物質不可能達到超光速。


直到2012年，他們才承認觀測結果有誤差存在，中微子只是逼近光速，還沒有實現超越。視相對論為真理的科學家總算鬆了口氣，如果宇宙速度極限法則被打破，怕是我們的科學理論都要改寫。

未來想要尋找超光速，還得從空間結構出發，利用不同維度的空間「抄近道」，超光速就不是問題了。

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相關焦點

  • 根據尺縮效應,近光速飛行的人回到地球後身體尺寸會變小嗎?
    這現象常被說為是對方的鐘「慢了下來」，但這種描述只會在觀測者的參考系上才是正確的。時間膨脹效應適用於任何解釋時間速度變化的過程。可以通俗的理解為，運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鍾走的越慢，接近光速時，鍾就幾乎停止了。尺子的長度就是在一慣性系中"同時"得到的兩個端點的坐標值的差。由於"同時"的相對性，不同慣性系中測量的長度也不同。相對論證明，在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短，這就是所謂的尺縮效應，當速度接近光速時，尺子縮成一個點。
  • 如果乘坐光速飛船從地球出發，遨遊一分鐘返回，地球過去了多久？
    它可以衍生出很多的科學理論，指導著後世人類科學的研究，有人指出，相對論的影響力可能還會再續數百年，由此可見，愛因斯坦是多麼的偉大，他的一個理論讓無數的科學家研究了上百年，還只是掌握了皮毛。愛因斯坦相對論向我們展示了空間和時間的奧秘，通過相對論的衍生，愛因斯坦還提出了著名的鐘慢效應，也可以稱之為時間膨脹理論。它告訴我們，當物體的速度不斷加快的同時，所經歷的時間流逝速度也在不斷變慢。
  • 人以光速離開地球一年,再以光速返回,地球上過去了多長時間
    ，光速達到了每秒30萬公裡，而人類目前飛得最快的飛行器也不過幾十千米每秒，這還不到光速的百分之一，月球是距離地球最近的星球，如果有一艘光速飛船的話，那麼從地球上到月球上所需的時間不足兩秒鐘，而幾十年前人類從地球前往月球可是整整化了十幾天的時間。
  • 人以光速離開地球一年，再以光速返回，地球上過去了多長時間
    ，月球是距離地球最近的星球，如果有一艘光速飛船的話，那麼從地球上到月球上所需的時間不足兩秒鐘，而幾十年前人類從地球前往月球可是整整花了十幾天的時間。根據狹義相對論的鐘慢和尺縮效應，參照系的速度越快，並且越接近光速，時間會變慢到趨於停止流逝，空間會被壓縮到趨於零，具體公式如下：上式中，ΔT和ΔL分別為運動參照系的時間和距離，Δt和Δl分別為相對靜止參照系的時間和距離，v為相對速度，c為光速。
  • 達到光速時間靜止,那光速飛行,能長生不老嗎?
    雖說鍾慢效應在日常生活中的確存在，但是卻因速度過慢，致使人類幾乎無法察覺。相關計算結果表明，當速度十分接近光速後，鍾慢效應才會顯得較為明顯。當我們的速度無限接近光速的時候，可能會出現飛行一分鐘，地球上就已經度過了好多年的情況。假設達到了光速，這說明自身經歷的時間就是靜止的，不同的是，這裡的時間靜止只是相對於自身來說。也就是說，只有你的時間是靜止的，外界的時間仍舊在前進。
  • 相對論：達到光速時間就靜止，假如光速飛行，人能長生不老嗎？
    1905年愛因斯坦發表狹義相對論時有兩個基本假設：1、狹義相對性原理：在不同的參考系中，一切物理定律都相同2、光速不變原理：真空中光速在不同參考系中都相同，與光源以及觀測者的相對運動沒有關係。、鍾慢效應（時間靜止）、質能轉換等奇妙的推論！
  • 相對論:達到光速時間就靜止,假如光速飛行,人能長生不老嗎?
    1905年愛因斯坦發表狹義相對論時有兩個基本假設： 1、狹義相對性原理：在不同的參考系中，一切物理定律都相同 2、光速不變原理：真空中光速在不同參考系中都相同，與光源以及觀測者的相對運動沒有關係。 很多朋友往往都會有這樣的推測，誰說外星人的物理定律就和我們一樣呢？
  • 如果以光速飛行,100光年的距離需要飛多久?答案可能你想不到
    霍金在時間簡史這本書裡，曾經提到過這樣一個非常有趣的實驗：如果以光速飛行，100光年的距離需要多長時間？這個問題當時難住了很多人，直到現在人們也很難得出一個準確的答案。根據愛因斯坦相對論，物體的極限速度是光速，那麼光速有多快？光一秒可以繞地球七圈，光從太陽到地球只需要8分鐘，你說光速快不快。
  • 如果有人以亞光速飛行1天後回到地球,他的家人還在嗎?
    根據愛因斯坦的狹義相對論，亞光速飛船上的時間會過得比地球上慢，因為飛船相對於地球運動。只要飛船的速度足夠接近光速，對於地球參照系來說，飛船上的時間趨於靜止。
  • 一艘飛船以光速飛行100光年，飛船內的人是否只過了一瞬間？
    既然題目中所說的一艘飛船以光速飛行100年，當然就是100年，和飛船的速度毫無關係。就像一個人在監獄度日如年的過一年和在度假勝地意猶未盡的過一年是完全一樣時間一樣。感覺並不能改變時間的物理長度！中有個推論就是時間膨脹效應，該理論認為時間的流逝速度和物體的運動速度是相關的，運動速度越快時間流逝速度越慢。
  • 一個人以光速飛行10秒鐘,然後再返回地球,他還能見到家人嗎?
    引力波預言是最新被證實的愛因斯坦科學預言科學家經過100多年的探索，已經驗證了大部分愛因斯坦提出的科學預言，其中幾乎都是正確的，但是由於條件的限制，依然存在少部分科學預言沒有被驗證，其中就包括時間膨脹效應理論，何為時間膨脹效應？
  • 以99%光速飛行,飛出太陽系需要多少時間?飛出銀河系呢?
    看到這裡可能有人會說了，1光年就是以真空中的光速直線飛行一年的距離，而1除以0.99約等於1.01，所以這個問題的答案難道不是1.01年嗎？ 其實這個答案是正確的，但是卻不是唯一的，因為根據愛因斯坦在狹義相對論中的描述，時間不是絕對的，而是相對的，簡單來講就是速度越快，時間就越慢，這被稱為「鍾慢效應」。
  • 以99%光速飛行，飛出太陽系需要多少時間？飛出銀河系呢？
    其實這個答案是正確的，但是卻不是唯一的，因為根據愛因斯坦在狹義相對論中的描述，時間不是絕對的，而是相對的，簡單來講就是速度越快，時間就越慢，這被稱為「鍾慢效應」。據此可以得出，假如有一艘以99%光速飛行的宇宙飛船從地球出發，那麼從地球上的人來看
  • 30歲的太空人以亞光速飛150年,他回到地球時是多少歲?
    根據愛因斯坦的相對論，光速飛船是不會存在的，因為飛船擁有靜質量，這就使其無法被加速到光速（c），不然需要無窮無盡的能量。不過，飛船可以被加速到趨近於光速，由此將會產生巨大的鐘慢效應。假設地球上有一位年齡為30歲的太空人，他乘坐亞光速飛船離開地球。那麼，經過150個地球年的飛行之後，再回到地球上，該太空人的歲數是多少呢？首先，需要強調的是，但凡談到相對論效應，需要明確某個時間是相對於哪個參照系來說。因為根據相對論，不同參照系之間的時間流逝速率並非一致。
  • 一個人以光速飛行一分鐘，回到地球後，還能見到家人嗎？
    一個人以光速飛行一分鐘，回到地球後，還能見到家人嗎？首先我們要知道，既然是以光速飛行一分鐘，那麼這一分鐘是指飛船的一分鐘，而不是地球的一分鐘，這一分鐘，對於一光速行駛的人來說，僅僅只是一瞬間而已，但是對於地球上面的時間來說，卻是有可能過去了上百年，甚至上千年的時間。
  • 如果人以光速飛行10秒,再回到地球會發生什麼?後果很難想像
    我們目前速度最快的星際探測器是旅行者1號，它用了40多年的時間才飛越太陽系，而如果我們能夠掌握光速飛行技術，那麼我們便能在一年內離開太陽系，可以想像這光速有多快。而上面說的是在星系間飛行，如果僅僅是在地球上利用光速飛的話，按照地球直徑12756公裡來算，一秒鐘可以圍繞地球飛行23圈半；地月的距離是384400公裡，如果利用光速飛行，那麼從地球去月球，連2秒都不用，但如果按照現有的飛行速度，去到月球可能需要幾天時間。就拿上個世紀，美國阿波羅計劃來說，當時美國的載人飛船就是花費了4天時間才從地球飛到了月球表面，由此對比，光速確實很快。
  • 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?
    這樣的問題是非常有意思的，因為答案打破了常規思維方式，如果一個人光速飛行10秒鐘，再返回地球，那麼他將永遠都見不到自己的家人，地球上會發生滄海桑田的變化，今天我們就把這個問題徹底地搞清楚。在物理學中科學家設想了一種「光子鍾」，從它的原理可以知道這個「光子鍾」是非常精確的，首先尋找兩塊反射鏡平行放置，兩塊鏡的距離是30cm，那麼按照真空中光速30萬公裡每秒來計算，光子在兩塊發射鏡之間往復運動5億次就是1秒鐘。此時可以設想如果一個人帶著光子鍾坐進快速飛行的飛船，同時地面上有一個人拿著光子鐘不動。那麼結果就是地面上的人看到飛船中「光子鍾」往復運動的光子走的是一條斜線。
  • 乘坐光速飛船,在宇宙中旅行一年,地球上過去了多長時間?
    我們常常會說，一山更有一山高，每個人觀察世界的角度都被自己的眼界限制，就像是地球上的最高峰是珠穆朗瑪峰，但是宇宙中有無數的類地行星，很多星球上的山峰都要比珠穆朗瑪峰高，很多時候並不是答案不正確，只是看待問題的角度不同。
  • 狹義相對論說速度越快時間越慢,那是不是達到光速時間靜止?
    可能你的理解有些偏頗，狹義相對論的鐘慢效應是說當你運動速度變快了的時候，你的參考系所在的時間流逝就會越慢，而且隨著你的運動速度越快，時間流逝就越慢，但是在狹義相對論中並沒有說達到光速時間靜止這回事，這個是一些人對於理論公式的主觀外推，一切物質運動的速度是無法達到光速的。
  • 時鐘雖然不會變慢,但時間真的會變慢,鍾慢效應與狹義相對論
    而時間與它們不同，看不見摸不著，所以很多人甚至認為時間是不存在的，認為時間只是一種人為的計量概念，是用來記錄物體運動和變化的。在宏觀世界中，時間的確是用來計量物質變化的，但這種計量方式並不是人為所發明的，時間真實存在，且與空間密不可分。時間真實存在，且與空間密不可分，所以二者並稱為時空。