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?

2020-12-03 奧秘365

長度收縮效應,又稱尺縮效應,是相對論性效應之一。一根靜止長杆的長度可以用標準尺子進行測量。對於沿杆子的方向作勻速直線運動的另一根杆子,如果要想知道它的長度,就必須同時記下它兩端的空間位置。這兩個空間位置之間的距離就定義為運動杆子的長度。狹義相對論預言,沿杆子方向運動的杆子的長度比它靜止時的長度短。此效應表明了空間的相對性。

鍾慢效應和尺縮效應在非慣性參考系中的確是同時出現,但在回到同一參考系中結果卻不相同。以下為詳細說明。

相對論中的鐘慢效應和尺縮效應

相對論中的鐘慢效應

時間膨脹是一種物理現象:兩個完全相同的時鐘之中,拿著甲鐘的人會發現乙鍾比自己的走得慢。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。

根據狹義相對性原理,慣性系是完全等價的,因此,在同一個慣性系中,存在統一的時間,稱為同時性,而相對論證明,在不同的慣性系中,卻沒有統一的同時性,也就是兩個事件(時空點)在一個慣性系內同時,在另一個慣性系內就可能不同時,這就是同時的相對性,在慣性系中,同一物理過程的時間進程是完全相同的,如果用同一物理過程來度量時間,就可在整個慣性系中得到統一的時間。

在今後的廣義相對論中可以知道,非慣性系中,時空是不均勻的,也就是說,在同一非慣性系中,沒有統一的時間,因此不能建立統一的同時性。

相對論中的尺縮效應

相對論導出了不同慣性系之間時間進度的關係,發現運動的慣性系時間進度慢,這就是所謂的鐘慢效應。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。

由近光速飛行回到地球之後

由上述可知,鍾慢效應和尺縮效應的表達有很重要的一個前提,就是在非慣性參考系中。當一個人在近光速飛行時,他相對於地球的觀察者這個參考系,時間的流逝和空間尺寸,由於鍾慢效應和尺縮效應,在觀察上的確是發生了變化。

狹義相對論公式

但當他回到地球上,與地球的觀察者處於同一參考系時,將不再具有鍾慢效應和尺縮效應的表達。

但是由於在近光速飛行時,由於鍾慢效應,他所經歷的時間要比地球的觀察者要少,所以會表現得更年輕。但是當與地球的觀察者處於同一參考系,尺縮效應的影響不再,所以身體尺寸並不會發生變化。

結論

結論就是近光速飛行的人回到地球後的確會比同齡人年輕,但是身體尺寸並不會變小。

相關焦點

  • 相對論中的「尺縮效應」,這種效應是如何測量的?
    但凡對相對論有一點了解的人,都知道狹義相對論裡有一個尺縮效應,或者叫動尺收縮。這是所有相對論科普讀物都會提,教材裡會講,愛因斯坦的論文裡也有說的東西。簡而言之,尺縮效應就是說,當我們去測量一把運動的尺子時,我們會覺得它的長度比靜止時要短一些。在很多科普讀物裡,這個事情被簡化為「我們看見運動的尺子會縮短」。
  • 若以亞光速遊覽宇宙,一年後回到地球,地球過去了多少年?
    那若以亞光速離開地球,一年後返回地球,地球上的時間過去了多久?一直以來,人們都希望能以更快的速度運動,如此,在距離既定的情況下,運動所需時間便會有所減少。以生活實例來說,若飛機或高鐵的速度有所提高,那麼我們前往外地所需花費的時間便會減少;以太空航行為例,若飛行器的飛行速度有所提高,則意味著飛往某既定星球所需花費的時間有所減少,或者也可理解為我們能去往更遠的地方。
  • 假設光速飛出地球一百年,人會死嗎?時間變慢了,身體會變老嗎?
    狹義相對論是1905年發表的,到現在已經過去了將近115年,但到現在仍然有很多朋友對狹義相對論中推導出來的各種有趣現象仍然將信將疑,比如標題中的「鍾慢效應」,還有尺縮效應等等,不過種花家要說的是,在愛因斯坦之前的洛倫茲就完成狹義相對論的很大一部分工作!
  • 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?,處於不同的位置,時間也會有不同的差異,當然,這種差異往往是比較小的,這樣的差異也本不影響我們正常的生活,這跟地球的引力場有一定的關係。,回到地球之後,還能見到家人嗎?
  • 尺縮鍾慢效應已證明無比正確為什麼還有人說相對論不堪一擊?
    我想,出這個題的人一定是得了「妄想症」,否則怎麼會閉著眼睛說瞎話還用詞這麼貶損呢?這就把相對論擊垮了?只要稍微懂得一點狹義相對論中的時間膨脹理論,也就是運動中的鐘慢尺縮效應,就會覺得這個題只是一個無知的笑話,就像看到一個傻子大笑著說別人傻一樣的好笑,難道這個傻子不是「妄想症」嗎?
  • 尺縮鍾慢下的狹義相對論和廣義相對論(16)
    霍金講完,感覺自個兒的身體從未有過的輕鬆和舒暢。「我親愛的上帝。圓圈中心的點代表奇點,它強大的質量會使周圍的時空彎曲,彎曲的時空會彎曲光線」,愛因斯坦輕聲地說著。此時的他簡直和曾經在地球上的阿爾伯特-愛因斯坦判若兩人。「親愛的上帝。我以前認為,在宇宙中存在著一個最小的、不能再分割、不能再小的尺寸單位」,在上帝面前,普朗克覺得羞愧難當。
  • 相對論效應你用對了嗎?
    因為隨著飛船趨近光速,由於時間膨脹效應,它的時間會越來越慢,相應地它的加速度也會越來越慢,它越接近光速,加速就越慢,結果是它永遠都不可能加速到光速,因為它沒有足夠的時間加速到光速……因此,由於相對論效應,你要麼一開始就達到光速,要麼永遠都加速不到光速。
  • 一人駕駛接近光速的飛船飛行一分鐘後回到地球,還能見到家人嗎?
    有人說,題目中不都這麼清楚明白地說了飛行一分鐘之後回到地球嗎?既然這樣的話,那麼地球上過去的時間不也就來去兩分鐘的時間嗎?可能在大多數人的眼裡確實只經過兩分鐘,但是愛因斯坦告訴你,真相可能沒有這麼簡單。
  • 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。時間和空間的相對性——鍾慢和尺縮但其實用什麼樣的一個名字不重要,懂的人自然懂,不懂的人你換個名字他還是不懂……回到正題,愛因斯坦在狹義相對論中提出,時間和空間都是相對的
  • 鍾慢尺縮是因為高速物體質量變大引起的時空彎曲導致的嗎?
    在狹義相對論中,鍾慢尺縮和高速物體質量變大只是效應。在兩個相互作勻速直線運動的慣性系中各有一個觀察者,他們對同一事件的觀察結果是不一樣的,而相互對相對各自參考系靜止的對象的觀察結果是相對的,比如說有一個相對於地面以接近光速飛行的飛船,在相對靜止的地面觀察者看來,飛船在運動方向上變短了,飛船上的鐘比地面的鐘變慢了,飛船的質量也變大了。
  • 如果駕駛亞光速飛船,飛行一分鐘後再返回地球,還能見到家人嗎?
    ,在飛行一分鐘後返回地球,地球在此過程中時間流逝的問題。根據狹義相對論中關於運動的表述形式,我們可以看出任何一個物體,在一個慣性參照系中的運動,都會對所處的時間和空間產生一定影響,物體的運動速度不同,這種影響程度也會不同,也就是說在不同的慣性參照系內來進行觀測,那麼由於物體的運動所造成的時空改變不具有一致性。根據洛侖茲變換,我們可以用數學的方式來描述物體的運動,對於時間和空間改變的影響。
  • 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。
  • 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
    首先,相對論禁止人以光速運動,因為人是有靜止質量的,加速到光速需要無限能量。如果有人以足夠接近光速的速度離開地球,然後再以相同速度返回,那麼,地球上的時間會過去多久呢?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。
  • 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
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  • 運動中的物體長度真的會變短嗎?是的,不過這種變短是相對而言的
    運動中的物體在運動方向上的長度會縮短,這是狹義相對論所提出的一個概念,這是一個不需要用實驗去證實,卻又可以肯定其存在的物理現象。這就是尺縮效應。而提到尺縮效應,就不能不提鍾慢效應。尺縮效應所講的是勻速運動狀態下物體的空間變化,而鍾慢效應所講的則是勻速運動狀態下物體的時間變化,也就是勻速運動的物體時間會變慢。一個代表空間,一個代表時間,而空間和時間是密不可分的一個整體,二者皆不能拋棄對方而獨立存在。從這個角度來講,鍾慢效應和尺縮效應實際上說的是一回事。勻速運動的物體在運動方向上的長度會變短,但垂直方向上的長度卻不會增加。
  • 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
    如果我們能夠將飛行速度提升至光速,那麼,我們首先可以將太陽系內的一些小行星進行開發,然後利用光速飛行將這些資源帶回地球,從而彌補我們地球資源匱乏的問題。接著,我們還能運輸一部分的人去開發火星、木衛二、土衛六等星球,建立更多的人類家園,從而為我們進入一級文明做準備。
  • 光速旅行的幾種方案,其中之一是近光速唯一理論方案
    對於浩瀚的宇宙,人類實在是太渺小了,也沒有足夠的認知去了解宇宙,自愛因斯坦提出質能方程以來,我們知道,人類所能達到的最大速度為光速,但是這在人類的理論中似乎不可以實現,那麼近光速旅行可以嗎?旅程的後一半飛船開始減速,減速的辦法是,將位於雷射帆中央的宇宙飛船與帆脫離,並甩向帆的後方,把雷射帆變成一個反射鏡,它把雷射束反向聚焦在飛船上,這時候雷射束變成了阻力,飛船就慢慢減速,同時它與帆越來越遠,到達目標星時飛船的速度可以降低到環繞飛行。
  • 光從太陽到地球要8分鐘?光子:太低估我的速度了,一瞬間足以
    會靜止不動嗎?」動鍾變慢也意味著一開始同步的靜止時鐘和運動時鐘,當運動狀態發生了改變,時間就不再同步,而是相對的。尺縮效應(縮短空間間隔方案):除了運動狀態與時間,空間也一樣。由於動鍾走得較慢,時間發生了膨脹。
  • 光從太陽到地球要8分鐘?光子:你低估我的速度了,只需一瞬間
    方案二,加快速度,從而縮短時間間隔,把8分鐘縮短到一瞬間,還要保證在地球上的人看來還是走了8分鐘,也就是出現「相對時間」,有點抽像,下面詳細解釋。當然,以上兩個方案綜合一下也是可以的。很多人可能知道光速是恆定的,不會加速,也不會減速,光子似乎也沒有摺疊空間的能力,那麼光子是如何做到的?
  • 光年是光走一年的距離,但一光年距離光真需走一年嗎?
    物體只有在還沒有達到光速的時候,其時間流逝才會有變慢的問題,這是狹義相對論的時間膨脹效應。如果物質達到光速,物質就成為光了。而光是沒有時間的,所以物質在光速下不是時間流逝會變慢,而是壓根沒有時間。但問題是靜質量不為0的物質是不可能達到光速的。