如果速度達到光速,時間會停止嗎?

2020-12-06 百家號

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。狹義相對論的整個框架是建立在兩個基本假設上的:(1)所有慣性參照系中,物理定律不變;(2)所有慣性參照系中,真空中的光速不變。

如果有一個所謂的光速參照系,在這個參照系中,光處於靜止狀態,那麼這就違反了狹義相對論的第二個基本假設,因為在不同的參照系中光速就會不同——即光速在某些參照系中是c,在靜光速參照系中是零。如果拋棄假設2,那麼狹義相對論的整個理論就被拋棄了,因為狹義相對論是由這兩個假設推導出來的,缺一不可。

有人問,「如果我們假設光有一個參照系,那麼會發生什麼?」,這個問題只會導致無意義的答案。一旦這麼假設,那就把整個狹義相對論都丟掉了。在所有實際存在的參照系中,光都以一種正常的方式穿越時空,它的速度始終保持c。

長度收縮效應

狹義相對論告訴我們,相對於靜止的觀察者,一個移動的參照系在運動方向上的空間維度被縮短了,並且它的時間維度也相對慢了下來。這些效應分別被稱為「長度收縮」和「時間膨脹」。

在地球上,我們日常生活中注意不到這些效應,因為我們走得太慢了。只有當速度接近光速時,長度收縮和時間膨脹會變得很明顯。光速是非常快的,大約為30萬公裡/秒,遠遠快於任何人類相對於靜止觀察者所經歷的速度。注意,尺縮和鍾慢效應只是「相對於靜止的觀察者」,如果相對於運動參照系本身,既沒有長度收縮也沒有時間膨脹。

在一艘高速行駛的宇宙飛船上,太空人既沒有看到自己的尺子被縮短,他的時鐘也沒有慢下來。相反,是地面上的人看到飛船上的尺子縮短了,時鐘走得更慢了。注意,時鐘和尺子並沒有什麼問題。相對於靜止的觀察者來說,空間本身被縮短了,時間本身也被減慢了。這些經過多次驗證的有趣效應,都是從上面提到的兩個基本假設中推導出來的。

時間膨脹效應

狹義相對論的數學運算告訴我們,相對於靜止的觀察者,當一個參照系以越來越高的速度移動時,它的空間會收縮得越來越小,時間變得越來越慢。在極限情況下,即它的速度達到真空中的光速時,它的空間完全收縮成零寬度,時間變慢至完全停止。有些人把這種數學上的極限解釋為以光速行進的光沒有時間,因為時間被凍結了。

但這種理解是錯誤的,這種極限行為只是告訴我們,不存在光速參照系,一個完全零空間寬度和完全零時間流逝塑料的參照系是不存在的。如果我們試圖描述的一個實體在時間和空間維度下都是零,那麼我們就無法說這個實體以任何有意義的方式存在。在光速或者超光速下,時間和空間都是不存在的。因此,速度接近c的極限只是重申了兩個假設。

有質量的物體無法加速到光速

由於在真空中的光速下不存在有效的參照系,所以一個有質量的物體永遠不能達到光速。如果達到光速,那麼這個確定存在的有質量物體,就會跳到一個不存在的參照系中,而這是不合理的。在現實中,一個有質量物體可以變得越來越快,越來越接近光速c,但永遠不會達到光速。

迄今為止,人類取得的最快速度是光速的99.9999995%,斯坦福線性加速器只能把質量極小的電子加速到這種程度。要使這種亞原子粒子的速度如此接近光速,需要消耗的電能比一座城市還多。狹義相對論還告訴我們,一個物體越接近光速,就需要更多的能量使其進一步加速。隨著物體越來越接近光速,加速所需要的能量也會迅速上升,這意味著需要無限的能量來加速一個有質量的物體達到真空中的光速。

相關焦點

  • 如果速度達到光速,時間會停止嗎?還是說會倒流?
    如果速度達到光速,時間會停止嗎?還是說會倒流?只能說,在目前我們所在的四維時空下,任何在絕對速度上企圖達到或超越光速的想法都是一廂情願,也是不現實的。狹義相對論告訴我們,速度越快,時間就相對越慢,所以很多這樣想,如果達到光速,時間是不是就停止了?最大的問題是,無論如何你都不能達到光速,只能無限接近!那麼就假設達到光速的99.99%,這時候的時間流逝會是怎樣的呢?
  • 當物體速度達到光速時,時間真的會停止嗎?
    有人問,當物體速度達到光速時,時間真的會停止嗎?
  • 為什麼時間會膨脹,達到光速時間停止怎麼理解?
    在這些公式裡,我們可以看到都有光速「c」的身影,說明光速在時間膨脹中的關鍵性作用,如果沒有確定光速的準確值,或者沒有確定光速極限、光速不變、光速恆定這幾個原則,就沒有時間膨脹的精確測量。因此我們首先了解一下什麼是「光」?為什麼說光速有這麼重要呢?
  • 達到光速時間就會靜止,那麼光速運行的飛船內時間會停止嗎?
    在狹義相對論中,愛因斯坦提出,宇宙中最快的速度就是光速,從理論上來分析,沒有任何一種物體的運行速度可以與光速一致或者超過光速,因為一旦這個物體達到光速,那麼時間對於這個物體來說,就變成了相對靜止的存在。簡單來說,就是從地面上看起來,光速運行的物體看起來是一動不動的。
  • 人類自身如果達到了光速之後會怎樣?
    人類自身如果達到了光速之後會怎樣?所發生的事情你無法想像(永生或死亡?)大家都知道的光速它作為我們已知的在自然界內是最快的速度了,以我們人類現有的科技要達到光速這幾乎是不可能的事。假如說我們人類已經達到了光速,那麼時間有可能會產停止,能達到永生或是直接死亡。
  • 人類自身如果達到了光速之後會怎樣?
    人類自身如果達到了光速之後會怎樣?所發生的事情你無法想像(永生或死亡?)大家都知道的光速它作為我們已知的在自然界內是最快的速度了,以我們人類現有的科技要達到光速這幾乎是不可能的事。假如說我們人類已經達到了光速,那麼時間有可能會被停止,能達到永生或是直接死亡。下面我們大家就一起來看看吧!
  • 達到光速時間靜止,那光速飛行,能長生不老嗎?
    達到光速時間靜止,那光速飛行,能長生不老嗎?提起時間,人們往往會感嘆它可能是世界上最熟悉,同時也是最不可思議的事,畢竟誰也不知道時間從哪來,又到去往哪裡.在狹義相對論中,速度是時間的快進鍵,光速是時間的暫停鍵。
  • 光速和時間有什麼關係?為什麼說達到光速時間停止?
    有人提問:光速和時間有什麼關係?為什麼說達到光速時間停止?要回答這個問題,我們需要建立參照系的概念。
  • 光速下時間會停止,是不是坐在光速飛船裡的人就不會老了?
    如果人以光速飛行就不會老嗎?這是一個關於時間的相對性的問題,所以討論這樣的問題我們要用到產生時間相對性問題的一個科學理論——相對論。,不同的參照系下測量到的時間和空間長度會存在差異。那麼我們現在可以來回答當人以光速運動會不會長生不老的問題了,按照時間膨脹效應的推論,當運動速度趨近於光速,時間會變得越來越慢(時間間隔越來越大),推論下去當運動速度達到光速,時間就停止了,時間停止了不就長生不老了嗎?沒錯,在地球人看來,光速運動的人確實是長生不老了,因為時間定格了(時間間隔無窮大)。
  • 如果有飛船達到光速時間就靜止了,時間靜止了嗎?
    愛因斯坦的相對論告訴我們光速是宇宙中的極限速度,任何有質量的實體都不能達到或者超過光速,這意味著時間不會靜止狹義相對論的鐘慢效應已經在航天領域被廣泛證實了,衛星上的時間確實比地球上的時間要慢一點,全世界的導航衛星都要用時間膨脹公式來消除和地表的時間誤差,「速度越快時間越慢」衍生而來的就是「達到光速時時間靜止」,雖然我們並不能達到光速,但我們可以設想無限接近光速時時間會怎樣
  • 科學菌:如果飛船速度能達到光速,飛行100光年需要多長時間?
    今天小編要帶大家了解的是:如果飛船速度能達到光速,飛行100光年需要多長時間?宇宙是非常的浩瀚的,距離是用光年來計算,所以說我們人類沒有辦法能夠想像的到宇宙到底有多大。在宇宙當中,像太陽系這樣的星系也是多不勝數,是我們人類目前來說,連太陽系都走不出去,制約的條件就是速度。
  • 如果自由落體的距離無限,物體的速度有可能達到光速嗎?
    也就是說,任何物體的自由落體速度的數值都等於G。根據物理學家的測量,在地球上G約等於9.8。說到這裡,相信已經有小夥伴想到了一個著名的實驗。沒錯,就是偉大的義大利物理學家伽利略在比薩斜塔上做的兩個鐵球實驗。在很久以前,牛頓還沒有出生,地球上還沒有人將宏觀世界的經典力學總結出來。當時著名的物理學家阿基米德認為,一個物體自由落體運動的速度與它的質量呈正比。
  • 人類能夠達到光速並超越光速嗎?
    在當時,為了達到這個速度,必須將整個質量轉化為能量。物理學家試圖證明當達到光速時,物質會衰減成光子,但試驗沒有成功,這只是一個理論。由於空間是不均勻的,穿過空間的光線會變慢。同時,光線也沒有處於絕對真空中。因為,一般意義上的真空(地球上人為製造)不會是所謂的"絕對真空"。
  • 旋轉木馬邊緣以接近光速的速度運動,上面的時間會不會停止?
    如果旋轉木馬以接近光速的速度旋轉,那麼對旋轉木馬上的人來說,時間似乎會變慢。當旋轉木馬的騎士們注視著旋轉的世界時,日子過得很快。所以旋轉木馬上的人比旋轉木馬下面的人衰老得慢。這將創造一個時間機器,讓旋轉木馬上的乘客可以進入未來。看看狹義相對論是如何運作的。從實際意義上講,這種想法存在問題,因為旋轉木馬會產生離心力。當今存在的一些最快的旋轉物體是高速飛輪。
  • 《三體》中的曲率飛船有可能實現嗎?速度達到光速?大劉真是厲害
    《三體》內部的曲率太空飛行器不會超過光速,而《星際迷航》內部的曲速太空飛行器會超過光速。由於彎曲時空的存在曲率太空飛行器將產生相對論效應,這是因為彎曲宇宙飛船內部的《三體》並沒有形成類似《星際迷航》的彎曲宇宙飛船那樣的扭曲氣泡,而這種扭曲宇宙飛船包圍了宇宙飛船的正常時間和空間。因此高速飛行時會產生明顯的相對論效應,使飛行時間變慢,問題就在這裡,時間沒有停止!根據狹義相對論,時間應該以光速停止!
  • 運動速度越快,時間越慢,那達到光速時會是怎樣的情況?
    理論上說,當運動速度越快,時間越慢,當運動速度趨近於光速,時間就趨近於靜止,但理論上並沒有說「達到光速」,時間會怎麼樣。在狹義相對論中,是已經禁止了任何有靜質量的物體達到光速的可能。一個靜質量為m0的物體,隨著它運動速度的加快,它的動質量M將會如此變化,看如下公式,當速度v逐漸增加,動質量M增加,當v趨近於光速c時,M趨近於無窮大,給一個具有無窮大質量的物體進行加速,理論上需要無窮大的能量,這是不可能的。所以,狹義相對論中規定,一切有靜質量的物體皆不可能達到光速。
  • 如果速度超過光速會有什麼後果?
    那麼,如果速度超過光速會發生什麼?為什麼光速是宇宙速度上限?雖然光速理論上不可超越,但在現實中確實有各種「超光速」現象,切倫科夫輻射就是一個例子。切倫科夫輻射光的傳播速度與介質有關,在真空中最快,而在其他介質中會變慢。例如,光在水中的傳播速度會下降25%,為真空光速的75%。在這種情況下,就有可能出現超光速的情況。
  • 零下273.15攝氏度可怕嗎?人類能否達到絕對零度?時間會停止嗎?
    立冬過後,北方很多地區都換上羽絨服,相信大家能夠直觀感受到氣溫變化,不同的季節,我們會改變自己的穿衣風格,雖然我們能夠感受到氣溫變化,可是我們卻難以解釋溫度,科學家表示物體溫度不進行任何運動的情況下,會達到零下273.15攝氏度。在絕對零度的情況下,地球上的時間和空間還有什麼意義?
  • 如果速度超過光速會有什麼後果?會和相對論衝突嗎?
    為什麼光速不可超越?我們現在知道光速大約30萬千米/秒,這速度實在是太快了,這導致了測量技術與手段缺乏的古代,認為光速是無窮大的,因為從現實中觀察到的光速都不要時間!,愛因斯坦也說如果他沒有推出狹義相對論,那麼其他人(十有八九是洛侖茲)也會在5-10年內搞定狹相!
  • 如果速度超過光速會有什麼後果?會和相對論衝突嗎?
    大家印象最深的星戰中的超光速,但其實超光速不是這樣光速不可超越,不僅無法超越,甚至連達到都不能,而接近都那麼困難!為什麼光速不可超越?我們現在知道光速大約30萬千米/秒,這速度實在是太快了,這導致了測量技術與手段缺乏的古代,認為光速是無窮大的,因為從現實中觀察到的光速都不要時間!