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爱因斯坦的相对路为人类认识世界打开了一扇新的窗户,人类从牛顿的经典力学的绝对时空观进入到了相对论时空观的时代,在时空这个度规里,我们再也回不到温暖的、经典的世界!

相对论已经在各个应用场合都得到了验证,比如水星的进动,时空弯曲,引力波,但围观群众还是对时间静止比较感兴趣,相对论说,假如达到光速,时间就能静止,那么我们人类如果进入光速飞船,是不是就能永生了呢?

达到光速,时间就静止,到底是什么意思?

其实相对论中并没有达到光速时间就静止的理论,它只是狭义相对论中的一个推论!1905年爱因斯坦发表狭义相对论时有两个基本假设:

1、狭义相对性原理:在不同的参考系中,一切物理定律都相同

2、光速不变原理:真空中光速在不同参考系中都相同,与光源以及观测者的相对运动没有关系。

很多朋友往往都会有这样的推测,谁说外星人的物理定律就和我们一样呢?说不定他们那边的万有引力就是外有斥力呢!其实真的变成万有斥力的话,物质就聚集不起来了,也就无法形成各式各样的天体,更没有后来的行星和生命了!

相对论:达到光速时间就静止,假如光速飞行,人能长生不老吗?

而光速不变就更有趣了,大家都不认同这个假设,比如我们在火车上打开手电超前射出一束光,那么这束光就是超光速的,很抱歉这样理解是错误的,光速不与光源的速度相关,但频率有关系(红移或者蓝移)!

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那么如何从狭义相对论到光速时间就静止呢?

推导出光速后时间就静止的是洛伦兹变换,很多朋友可能以为这是狭义相对论中的成果,但其实洛伦兹变换是用来解释迈克尔逊-莫雷实验中零结果的理论,1895年洛伦兹就通过相关态定理提出了所谓“本地时”的概念,运用这一概念他解释了光行差现象、多普勒频移和斐索流水实验。

相对论:达到光速时间就静止,假如光速飞行,人能长生不老吗?

本地时的概念在数学上相当于狭义相对论中的相对同时概念,但洛伦兹没有理解得很深,只是作为数学工具而已,后又洛伦兹引入了一组适用于麦克斯韦电磁理论在相对以太运动的坐标系中时空变换的方程,即洛伦兹变换,并且在1899年和1904年洛伦兹进行了变换和补充!

相对论:达到光速时间就静止,假如光速飞行,人能长生不老吗?

从洛伦兹变换中可以推导出尺缩效应、钟慢效应(时间静止)、质能转换等奇妙的推论!似乎看起来洛伦兹老爷子已经站在了狭义相对论大门口?确实,就差临门一脚了!但洛伦兹并没有赋予这组方程的相对论含义,只是从数学上完美的解决了以太漂移零结果而已!

相对论:达到光速时间就静止,假如光速飞行,人能长生不老吗?

所以狭义相对论中的洛伦兹变换意义仍然属于爱因斯坦!

时间是怎么样静止的?

洛伦兹变换中转换到钟慢效应并不复杂,很多朋友都能看懂,但理解起来却不是那么容易,不过钟慢效应可以用一个很简单的三角函数来完成!

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一个简单的光钟思想实验

当U的速度等于光速时,动坐标时间就会逐渐趋向于零,简单了理解就是当观测者经过1秒时,运动中的时间就会小于1秒,当速度等于光速时就会变成零,这就是光速飞船内时间静止说法的来历!

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光速飞行的飞船中,人就能永生吗?

光速飞船中时间静止,这已经得到了大家公认,当然无法达到光速,所以并不能实际测量!不过我们知道高速运动的GPS卫星会因为相对论效应产生时间误差(包括速度和引力双重效应),继而产生导航误差,所以必须要进行时间修正!也就是说速度越高,时间越慢得到了实际验证!因此后面不同的理解就产生了

相对论:达到光速时间就静止,假如光速飞行,人能长生不老吗?

光速飞船的时间静止到底是什么意思?

上文的高速运动中光反射实验,有两个观测者,一个是相对静止的地面观测者,另一个是和光源一起运动的观测者,光速时间静止的结果是相对静止的地面观测者得出的,从理论上来看,在乘员坐上光速飞船飞走开始,对地面观测者来说,他就永生了!

相对论:达到光速时间就静止,假如光速飞行,人能长生不老吗?

那么有趣的推论就出来了,比如致命部位中了一枪,几小时后就会挂掉,那么上光速飞船就永远不死了吗?从观测者的角度来看,确实如此,只要上了光速飞船,他就永远停留在这个状态了!

相对论:达到光速时间就静止,假如光速飞行,人能长生不老吗?

但如果从飞船乘员观测者角度来看,其实无论是光速还是非光速,只要匀速直线运动,封闭的没有舷窗的飞船内乘员不会有任何感觉,当然时间也是如此,它滴滴答答一样过,不会有任何区别,如果中了枪3小时后挂掉,那么当飞船上的时钟出发后3小时那会,寿命就终止了,不会再多一分钟!

相对论:达到光速时间就静止,假如光速飞行,人能长生不老吗?

就像一个3小时后爆炸的定时炸弹,地面上人看来它永远都不会爆炸,但在光速飞船内乘员的手表过3小时,炸弹就爆炸了,和在地面上时没有任何区别!

相对论:达到光速时间就静止,假如光速飞行,人能长生不老吗?

是不是有些小失望?狭义相对论给我们打开了一个永生的窗户,但却用一个更大帷幕把房子给罩上了,我们还是无法永生!

原文链接:https://www.toutiao.com/i6876718220129075716

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