在光速行駛的汽車上,打開車前燈,會看到什麼?結果出乎意料

2021-01-16 小白科技遊

熱愛科學的朋友一定知道,在物理學中有一個非常著名的光速不變原理,它的意思是說,在真空中的光總是以相同的速度傳播,這個速度是大約299792456米/秒,不論這束光在任何參考系中由靜止的物體發出,還是運動的物體發出,都會是這個一樣的速度。雖然這句話看起來並不難以理解,但是如果我們放在現實生活中想像一下,假如有一輛高速行駛的汽車,不論它是是停在路邊還是在狂飆,它射出的光線始終都是這個速度c,這時候就會讓人感到不可思議了。因為此時會非常自然地出現一個問題:如果我們在車上,會看見什麼情形呢?

這個問題歸根結底其實來源於愛因斯坦在構思相對論之初,對於洛侖茲變換的思考。當時愛因斯坦經過很多天的考慮,依然無法把這個問題想通,最後從問題的頂點入手,把光速在任何參考系中都作為相等的速度,才找到了事情的端倪。從我們常人的角度來看,光速雖然非常大,但是開著的汽車和停止的汽車始終存在速度差,這個差異也應該體現在他們發出的光線中才對,然而在長度收縮和時間膨脹效應下,它們被統一到了一起。

另一方面,科學家介紹到,在現實生活中,我們汽車行駛的速度永遠不可能到達光速。目前在地球大氣層以內,運動速度最快的人造物,是NASA的「星辰號」彗星採樣返回艙,它最高達到了12400千米每秒,雖然只有0.004%的光速,卻在地球大氣層中產生了2600度的高溫。同時,考慮到相對論預言中,具備質量的物體在接近光速過程中速度變得無限大這個原則,人造物體更是不可能達到光速,所以我們只能在假設中討論這件事。

當汽車達到光速了,如果我們站在汽車上會看到什麼呢?按照常規的設想,應該是這樣一種情景:由於汽車和光的速度一樣,所以車燈發出的光線並不會「飛向遠方「,它們會像一層爐灰一樣積累在車燈壁上,隨著越來越多的光線積累在這裡,在最後汽車停下來的一瞬間,所有光線同時散發出來,變得非常耀眼。事情真的會這樣戲劇性嗎?

科學家介紹到,雖然這個過程沒有人能夠真正體驗,但是我們可以通過理論中存在原理來做一些猜測。上面的那種「光線積累在車燈」的景象雖然看起來有道理,但是也存在一個缺陷,那就是它單純使用經典力學思維來考慮這個問題,然而這個問題必須使用相對論才能真正展開思考。事實上,愛因斯坦本人也就「人達到光速會看什麼」展開過符合科學原理的推測,愛因斯坦認為在時空線扭曲的效應下,人們會看到外部的事物全部變成了「扁平「的形態。作為光線而言,雖然在正方向上它和汽車的速度一致,理論上我們確實看不見這部分的光(理論上會看見向後傳播的一丁點),但是實際上是任何東西都看不見。

為什麼會這樣呢?科學家介紹到,因為人們忽略了汽車到達光速之後造成的時間扭曲效應。這個效應非常類似於「掉進黑洞」的效果:對於黑洞外面的人來說,時間剛剛過了一瞬間,但是黑洞內部的人已經經歷了比宇宙年齡還長的時間。而對於光速行駛的汽車而言,情況只不過倒過來了而已。所以,假設這是一輛從A星球前往B星球的光速汽車,由於光速在所有參考系中都是恆定的,所以它並沒有加速的過程,而是從運動開始就是光速,直到結束再重新停止。

在汽車啟動之後到它停下來之前的這段時間,在地球上的人看來也許過了成千上萬年,車上的乘客事實上感受不到時間的流逝。所以真正的情況是,你只會看到身邊的一切畫面,突然就變換成了另一個地方,屬於嚴格意義上的「瞬間轉移」的直觀感受。在這樣的情況下,你根本不可能有時間去觀察「車外的情況」,因為對你來說汽車從A星到B星的這段時間是嚴格意義上等於0的,是真正的瞬間變化。

科學家總結道,雖然理論上可以預料這件事,但是在實際的三維宇宙中,這件事永遠不可能發生。因為任何具備靜止質量的物質,在接近光速的過程中質量都會變得無限大,哪怕是一個米粒達到光速,它產生的動能也足以摧毀整個三維宇宙。另一方面意味著,從A星到B星的時間不會真正的等於零,而是隨著汽車接近光速的過程不斷變小,哪怕只有一瞬間,人還是能感受到的。也許那個時候,天花亂墜的時空扭曲圖景一起襲來,你根本來不及注意車燈這個小細節了。

熱愛科學的朋友,你們認為人類能造出趨近光速的飛船嗎?歡迎留言參與討論

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