在科幻小说《三体》中,星环载着死神程心,以极其接近光速的速度到达目的地。只用了52个小时就穿越了地球人认为需要287年才能到达的距离。实际上,地球的真实时间是287年。这就是速度的魅力!
俗话说“天上一天,地上一年”,在很多童话故事里,人们都把超出地球范围的旅行空认定为“天上飞”。在天空中快速飞行一段时间后,他们将返回世界,世界中的时间尺度将与旅行者完全不一致,仿佛世界中的时间是快进的。传说中的“天上一天,地上一年”,与爱因斯坦的理论不谋而合。比如《西游记》里的孙武空,在天庭只呆了十多天,但是当他回到郭华山的时候,才发现这里已经过去了很多年。
以前很多人认为古人的智商很低,但是随着人类探索宇宙的发现,古人流传的很多观点和现代的探索很相似。
目前我们知道光速是宇宙中最快的速度,光速达到每秒30万公里。然而,人类最快的飞行飞行器也只有每秒几十公里,不到光速的1%。月球是离地球最近的行星。如果有一艘光速的宇宙飞船,从地球到月球不到两秒钟,而几十年前人类从地球到月球需要十多天。
这个问题涉及到爱因斯坦的相对论。
首先,相对论禁止人以光速运动,因为人有一个静止的质量,加速到光速需要无穷的能量。如果有人以足够接近光速的速度离开地球,然后以同样的速度返回,地球上的时间会过去多久?
在相对论的框架下,时间和空不再是绝对的,而是会随着观测者参照系的不同而变化。根据狭义相对论的时钟慢度和标度效应,参照系越快,越接近光速,时间就会变慢到停止,空之间的时间就会被压缩到零。
如果旅行者Tai 空的移动速度可以达到0.866c,当他在Tai 空飞行一年后返回地球时,地球上的时间就是两年后。地球人会认为旅行者Tai 空是前年离开地球的,而不是去年。
如果速度更快,时间膨胀效应会更明显。举个例子,当速度是光速的99.9996252%时,一个人在太空中飞行了一年,365年后回到地球,他那个时代的人都已经死了。而如果旅行者Tai 空以这个速度飞行一天,地球上的时间就过去一年,可谓“天上一天,地上一年”。
但是相对论说明没有绝对时间空,所以没有参照系更高,所有参照系都是平等的。在这种情况下,地球上的人会觉得too 空旅行者的时间因为运动而变慢。反过来too 空旅行者也会觉得自己静止了,地球离他很远,于是地球上的时间会变慢。那么,是谁的时间变慢了呢?
事实上,在上述问题的讨论中,忽略了一个非常关键的东西,那就是加减速的过程。Tai 空旅行者从地球乘坐飞船,需要不断加速才能达到亚光速。当他们返回地球时,他们不得不再次减速。也就是说,整个过程是变速运动,上述公式只适用于惯性参照系,即匀速直线运动或相对静止的情况。经过加速和减速,航天器变成了一个非惯性参照系。
因为Tai 空旅行者加速和减速都需要力,所以Tai 空旅行者会真正感受到惯性力,真正加速或减速的是Tai 空旅行者。加速运动不是相对的,地球也不是在加速。所以,拖慢时间的是太空旅行者,而不是地球。
简而言之,以光速离开和返回,无论飞船上的宇航员会如何改变他们的寿命,就统一的时间尺度而言,是不会改变的。我们不能否认宇航员会因高速运动而改变,但这可以归结为时间尺度的改变。
因为世界上人类的变迁,逐渐被填充进去。那些落后的技术已经不足以支撑人们对世界的认识。当人们开始探索宇宙时,它已经显示了人类的心。事实上,人类一直在试图逐步了解宇宙。然而,通过去Tai 空观察它与地球有何不同,人类可能永远也看不到宇宙的真相。