短短的一分鐘,在常人眼里或許輕如鴻毛,但若以光速為標(biāo)尺(雖然實(shí)際旅行無法觸及光速,讓我們在此假設(shè)一剎那間的接近),那么即使是這一分鐘,其影響也將如同宇宙洪荒。不僅僅是一分鐘,哪怕是細(xì)微至一秒、一微秒,它們所造成的時(shí)空效應(yīng)無異。
設(shè)想一位太空探險(xiǎn)者,駕駛著光速飛船,只一分鐘便環(huán)繞星河一圈,重返地球時(shí),是否還能與親人重逢?答案是殘酷的否定,因?yàn)?接近"二字并非確指,它代表著無限接近。無限之接近,意味著時(shí)間的無限膨脹,那膨脹的尺度足以跨越生命的輪回,甚至是宇宙的生滅。
人們或許會質(zhì)疑:"不就是區(qū)區(qū)的一分鐘,掐指一算不過60秒而已,何來如此之大的效應(yīng)?"問題的關(guān)鍵,在于那光速之謎。一人若以無限接近光速移動,他與時(shí)間的賽跑,將是對時(shí)間的追逐,直至?xí)r間在他的視角里凝為靜水。
1887年,邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn),揭開了狹義相對論的神秘面紗——光速,在宇宙中似乎是鐵打的常數(shù)。在量子世界中,光仿佛獨(dú)行俠,連賦予萬物質(zhì)量的希格斯場都無法撼動它分毫,因此光不受任何束縛,自由馳騁。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)震撼了科學(xué)家們的世界。早在麥克斯韋電磁方程中,人們就揭示了光速的恒定。
電磁波的速度,基于兩個(gè)可測量的常數(shù)得出,而光,廣義上講,只是電磁波中的一種,與其它如無線電波、微波、宇宙射線等不可視的光波同源。
然而,相對論的興起,打破了伽利略相對性的認(rèn)知。在伽利略的世界觀里,一艘勻速直線航行的船只中,你難以分辨自己究竟是靜止還是在運(yùn)動。
正如你若不仰望星空,難以察覺自己正隨著地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)。但"光速不變原理"的出現(xiàn),卻讓時(shí)間與光產(chǎn)生了奇妙的聯(lián)系。
設(shè)想一列高鐵勻速通過站臺,站臺上有一位檢票員,而在高鐵車廂中央,有一道光信號突然發(fā)出。對高鐵上的乘客而言,光信號向車廂兩端的傳播是等距的,因此應(yīng)同時(shí)到達(dá)。
但對站臺上的檢票員來說,高鐵是移動的,所以光向前端與后端的傳播速度并不相同,導(dǎo)致他觀察到的將是光先抵達(dá)一端,后抵達(dá)另一端。
在不同的參考系中,相同的事件卻有著不同的時(shí)間解讀,這就意味著不同的時(shí)間流逝速度。換言之,乘客與檢票員身處不同的時(shí)間領(lǐng)域,時(shí)間對他們流淌的速度并不一致。
而真正的時(shí)間膨脹現(xiàn)象,卻因日常生活中的低速運(yùn)動難以察覺。若以光速108000萬km/h(或30萬km/s)與高鐵350km/h的速度相比,差異懸殊。再回到飛船的例子,想象小美與小澤各持有一個(gè)光子鐘,在飛船上的小美看來,她的光子鐘與地面的光子鐘行走軌跡不同。
由于光速恒定,小澤看到的小美光子鐘的運(yùn)動軌跡,其往返距離大于直線上下的距離,導(dǎo)致他覺得小美的光子鐘走得更慢,亦即小美的時(shí)間流逝比他慢,也就是說小美正逐漸變得越來越年輕。
當(dāng)飛船從A點(diǎn)飛至B點(diǎn),通過勾股定理,我們可以算出飛船上的時(shí)間t'與地球上的時(shí)間t之間的關(guān)系。
以飛船速度v為橫軸,0到1倍的光速為刻度,可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)飛船速度無限接近光速時(shí),時(shí)間比值趨于無窮大。
這個(gè)無窮大的時(shí)間比值意味著,地球上的一分鐘,在飛船上可能是億萬分鐘,且這個(gè)時(shí)間會隨著飛船越來越接近光速而無上限增長。
當(dāng)飛船的時(shí)間趨于無窮大時(shí),光子鐘將趨于靜止,時(shí)間仿佛凝固。光子將永遠(yuǎn)停留在光子鐘內(nèi),飛船內(nèi)的一切也隨之停滯,也就是說,在小美幾乎達(dá)到光速時(shí),彈指間或許已見地球乃至整個(gè)宇宙的毀滅,她將目睹宇宙的終結(jié),更不必提回首那已消逝的家園與親人。
這就是《狹義相對論》所述的時(shí)間膨脹效應(yīng),相對速度越快,時(shí)間膨脹效應(yīng)就越顯著?。?!
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