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?

2021-01-15 騰訊網

愛因斯坦的相對路為人類認識世界打開了一扇新的窗戶,人類從牛頓的經典力學的絕對時空觀進入到了相對論時空觀的時代,在時空這個度規裡,我們再也回不到溫暖的、經典的世界!

相對論已經在各個應用場合都得到了驗證,比如水星的進動,時空彎曲,引力波,但圍觀群眾還是對時間靜止比較感興趣,相對論說,假如達到光速,時間就能靜止,那麼我們人類如果進入光速飛船,是不是就能永生了呢?

達到光速,時間就靜止,到底是什麼意思?

其實相對論中並沒有達到光速時間就靜止的理論,它只是狹義相對論中的一個推論!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?說不定他們那邊的萬有引力就是外有斥力呢!其實真的變成萬有斥力的話,物質就聚集不起來了,也就無法形成各式各樣的天體,更沒有後來的行星和生命了!

而光速不變就更有趣了,大家都不認同這個假設,比如我們在火車上打開手電超前射出一束光,那麼這束光就是超光速的,很抱歉這樣理解是錯誤的,光速不與光源的速度相關,但頻率有關係(紅移或者藍移)!

那麼如何從狹義相對論到光速時間就靜止呢?

推導出光速後時間就靜止的是洛倫茲變換,很多朋友可能以為這是狹義相對論中的成果,但其實洛倫茲變換是用來解釋麥可遜-莫雷實驗中零結果的理論,1895年洛倫茲就通過相關態定理提出了所謂「本地時」的概念,運用這一概念他解釋了光行差現象、都卜勒頻移和斐索流水實驗。

本地時的概念在數學上相當於狹義相對論中的相對同時概念,但洛倫茲沒有理解得很深,只是作為數學工具而已,後又洛倫茲引入了一組適用於麥克斯韋電磁理論在相對以太運動的坐標系中時空變換的方程,即洛倫茲變換,並且在1899年和1904年洛倫茲進行了變換和補充!

從洛倫茲變換中可以推導出尺縮效應、鍾慢效應(時間靜止)、質能轉換等奇妙的推論!似乎看起來洛倫茲老爺子已經站在了狹義相對論大門口?確實,就差臨門一腳了!但洛倫茲並沒有賦予這組方程的相對論含義,只是從數學上完美的解決了以太漂移零結果而已!

所以狹義相對論中的洛倫茲變換意義仍然屬於愛因斯坦!

時間是怎麼樣靜止的?

洛倫茲變換中轉換到鍾慢效應並不複雜,很多朋友都能看懂,但理解起來卻不是那麼容易,不過鍾慢效應可以用一個很簡單的三角函數來完成!

一個簡單的光鍾思想實驗

當U的速度等於光速時,動坐標時間就會逐漸趨向於零,簡單了理解就是當觀測者經過1秒時,運動中的時間就會小於1秒,當速度等於光速時就會變成零,這就是光速飛船內時間靜止說法的來歷!

光速飛行的飛船中,人就能永生嗎?

光速飛船中時間靜止,這已經得到了大家公認,當然無法達到光速,所以並不能實際測量!不過我們知道高速運動的GPS衛星會因為相對論效應產生時間誤差(包括速度和引力雙重效應),繼而產生導航誤差,所以必須要進行時間修正!也就是說速度越高,時間越慢得到了實際驗證!因此後面不同的理解就產生了

光速飛船的時間靜止到底是什麼意思?

上文的高速運動中光反射實驗,有兩個觀測者,一個是相對靜止的地面觀測者,另一個是和光源一起運動的觀測者,光速時間靜止的結果是相對靜止的地面觀測者得出的,從理論上來看,在乘員坐上光速飛船飛走開始,對地面觀測者來說,他就永生了!

那麼有趣的推論就出來了,比如致命部位中了一槍,幾小時後就會掛掉,那麼上光速飛船就永遠不死了嗎?從觀測者的角度來看,確實如此,只要上了光速飛船,他就永遠停留在這個狀態了!

但如果從飛船乘員觀測者角度來看,其實無論是光速還是非光速,只要勻速直線運動,封閉的沒有舷窗的飛船內乘員不會有任何感覺,當然時間也是如此,它滴滴答答一樣過,不會有任何區別,如果中了槍3小時後掛掉,那麼當飛船上的時鐘出發後3小時那會,壽命就終止了,不會再多一分鐘!

就像一個3小時後爆炸的定時炸彈,地面上人看來它永遠都不會爆炸,但在光速飛船內乘員的手錶過3小時,炸彈就爆炸了,和在地面上時沒有任何區別!

是不是有些小失望?狹義相對論給我們打開了一個永生的窗戶,但卻用一個更大帷幕把房子給罩上了,我們還是無法永生!

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  • 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?
    ,相對論說,假如達到光速,時間就能靜止,那麼我們人類如果進入光速飛船,是不是就能永生了呢?達到光速,時間就靜止,到底是什麼意思?其實相對論中並沒有達到光速時間就靜止的理論,它只是狹義相對論中的一個推論!
  • 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。
  • 愛因斯坦是怎麼知道光速無法超越?達到光速時,時間就會靜止
    達到光速時,時間就會靜止 愛因斯坦提出的狹義相對論向人類陳述了一個事實,他告訴我們,光速是這個宇宙中最快的速度,是僅能接近、無法超越的速度,值得注意的是,該理論是人們認識宇宙的基礎,也是科學家們普遍認同的理論,愛因斯坦的思想還表明,宇宙中的一切事物均以一個固定的速度在時空中運動,該速度名為光速,或許你會感到這種觀念十分怪異,實際上這也是人類在日常生活中無法觀側到相對論效應的原因
  • 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。
  • 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。
  • 光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論
    (一)靜質量不為0的物質達不到光速,所以飛船達不到光速。(推導)(二)高速飛行的飛船相對時間會變慢。(理論與推導)(三)假如飛船可以達到光速,時間的確可以相對靜止。(理論與推導)為什麼飛船達不到光速?所以如果一個物體的靜質量不為零,你就永遠不可能把它加速到光速。當飛船高速飛行時如果一艘飛船接近光速,地面上的人可以觀察到飛船內的時鐘,會走得比地面上的慢,這就是狹義相對論的鐘慢效應。
  • 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
  • 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。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)。
  • 網友問:飛船達到光速時,時間真的靜止了嗎?
    理論上是這樣的,無限接近光速時,物體內部的時間流逝速度變慢,也就是相對論的時間膨脹效應。這其實是大劉嚴格地考慮了相對論效應,因為相對論描述,一個高速飛行的物體,它的時間是會縮短的,時間膨脹公式如下:當飛船以光速飛行時,它的時間就完全停止了,無論外界過了多久,飛船內的時間都是一瞬間;當飛船速度遠小於光速時,時間膨脹效應將不明顯,相對論力學退化為牛頓力學。
  • 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?
  • 利用相對論裡的時間膨脹,人能實現長生不老嗎?
    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。那麼天上神仙的長生不老是不是也能實現了呢?,狹義相對論下運動速度接近光速時和廣義相對論下時空曲率極大時。
  • 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。
  • 假如你的速度可以達到光速,你看光的速度,是光速還是零?
    如果說假如有一天你的速度真的達到了光子的速度,那麼你看光速應該是靜止的。就相當於你和速度相同的人在一起奔跑一樣。你們互相看對方的時候都覺得對方沒有動,可是實際上你們的速度非常的快。1895年,當時還小的愛因斯坦就提出了這樣的問題,那麼小的他,就能想到這個問題可以說是非常的聰明了。據說愛因斯坦的腦袋是最聰明的腦袋。
  • 光速是不可能達到的!為什麼《三體》裡的飛船達到光速沒人質疑?
    有靜止質量的物體無法達到光速,這大家都知道!那麼《三體》中是不是留下一個超級BUG了?但不知道各位有沒有仔細看,據我了解是《三體》中人類的飛船和三體人的飛船都沒有達到光速,只是非常接近光速而已,真正達到光速的飛船是創造出「死線」的超級文明飛船!
  • 如果飛船可以達到光速,那在宇宙飛行的過程中,裡面的人會如何?
    截止目前,人類飛上藍天的夢想已經實現,如今飛機成為人們出行的主要交通工具之一,一睹天空的風採不是什麼難事,而上太空準確地說也已經成為現實,只不過還沒有達到普及的狀態,但是世界各國也都有很多太空人已經成功進入太空,並且開始了在那裡的工作,不得不說人類還是相當偉大的。
  • 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。
  • 光速飛船內的時間是靜止的,那麼人可以長生不老嗎?
    如果光速飛船被人們製造出來,那麼乘上光速飛船的太空人和在地球上的我們會有什麼不一樣呢?所謂光速飛船,顧名思義也就是速度達到了光的速度的飛行器。從洛倫茲變換公式中科學家推導出,光速飛船中的時間是停止的。既然是停止的,那麼是否就意味著待在裡面的太空人永生長存呢?
  • 《三體》裡的曲率飛船達到光速,是否違背相對論?
    有兩方面的原因,其中一個是它飛行時所產生的相對論效應。在小說中,程心和艾AA乘坐的曲率飛船在飛離太陽系飛往雲天明送給她的恆星時,由於時間的相對論效應,她們的時間相對於地球時間變得很慢,200多光年的星際航行只花了她們幾十天的時間(具體日期記不清了,還是幾十個小時?)。
  • 比光速更快的存在,超光速可讓時間靜止,時光倒流回到過去?
    日常生活中我們經常可以聽到一些這樣的話,「某某的速度好快啊,堪比光速」。但是我們大家又是真的了解光速嗎?光速是什麼?它僅僅代表光的速度嗎?光速的發現者?在這種情況的驅使下,越來越多的科學家開始加入超光速的研究行列,因而也就出現了形形色色的關於超光速的流言,有人妄想用超光速的存在推翻愛因斯坦的相對論。但是截止到目前,還沒有人真正推翻,愛因斯坦的相對論還是正確的。超光速真的存在嗎?
  • 愛因斯坦說光速最快,若有人在光速飛船中跑步,他是否超越了光速
    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。