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相对论表明光速飞行时间静止,既然时间静止了还会饿肚子吗?

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很多人误解,在光速状态下,飞船内的人会 “感觉” 到时间停止。

但实际情况是,飞船内人员身上的所有细胞运动都会停止,一切生命和物理过程真正陷入停滞,时间归零,空间同样归零。从观测者的角度来说,如果能看到以光速飞行的物体,会发现它们仿佛被定格了。

即便外界历经百年、千年,甚至一亿年,这些物体都不会有丝毫变化。

当然,这仅仅是理论假设。因为任何有质量的物体达到光速时,尺缩钟慢效应致使时间停止、空间归零,处于零空间的物体,根本无法被观测到。

然而,爱因斯坦狭义相对论早已明确,任何具有静质量的物体都无法达到光速。

这是因为物体达到光速时,动质量会变得无穷大,相应地,驱动它所需的能量也趋于无穷。可宇宙中的能量并非无穷无尽,这就从根本上限制了物体达到光速。

尽管如此,仍有人对物体无法达到光速的理论心存疑虑,不断追问若达到光速会是怎样的情形。在此明确,理论上物体达到光速就会出现上述现象,只不过这一理论无法通过实际验证。

值得一提的是,爱因斯坦的光速极限理论历经 100 多年的考验,无论是顶尖科学家,还是自称不凡的民间科学爱好者,都未能成功推翻。

倘若物体真能达到光速,由于一切归于停止,空间为零,飞船内的人自然不会感到饥饿。

至于时间停止、空间归零是怎样的感觉,可以这样设想:整个宇宙的距离感消失,飞船驶向目的地不再需要时间过渡,仿佛瞬间抵达。

当飞船停下,宇航员会觉得自己未花费任何时间,就已到达导航设定的位置。

在日常生活中,无论是时速几百千米的交通工具,还是秒速十几千米的宇宙飞船,速度时间膨胀效应极其微弱,仅在卫星导航系统中需要运用相对论进行微调。

但当飞船接近光速飞行时,尺缩钟慢效应便会凸显出来。依据爱因斯坦提出的速度时间膨胀效应公式:t'=t/√[1-(v/c)²],我们能够计算出不同亚光速飞行状态下,飞船内的时间膨胀效应。

当飞船速度达到 0.5 倍光速时,时间膨胀效应为 1.15 倍;速度提升到 0.99 倍光速,时间膨胀效应飙升至 7 倍;速度达到 0.9999 倍光速,膨胀效应达到 70 倍;速度为 0.999999 倍光速时,膨胀效应更是高达 707 倍。此后,速度小数点后每增加两个 9,膨胀效应便会提升 10 倍。

这意味着,飞船速度达到相应数值后,飞船内的时间会放慢对应倍数,空间也会缩短相同倍数。

但这种时间放慢并非人类主观能感知到的,飞船内整个物质系统,从基本粒子的运动、衰变,到细胞的生长,都遵循这一慢下来的时间体系,依然是按部就班地流逝,只有与地球时间对比时,时间的相对性才会显现。

例如,一艘以 0.99999999999999 倍光速飞行的飞船,前往距离地球 300 万光年的三角座星系(M33)。

从地球观测,飞船内的时间比地球慢了 707 万倍,而飞船内的人会感觉 M33 星系的距离缩短了 707 万倍。如此一来,飞船到 M33 星系的距离仅约 0.424 光年,以 0.99999999999999 倍光速飞行,大约 0.42 年就能抵达。但在地球人眼中,飞船飞行了约 300 万年。

飞船往返一趟,飞船内的人感觉只过了 10 来个月,而地球上已经过去了 600 万年。

但这并不意味着飞船内的人比地球人长寿了 600 万年。

实际上,他们只是穿越到了地球的未来,自身并不会有长寿的感觉。在飞船内,时间依旧一秒一分地正常流逝,细胞也正常生长代谢,他们仅仅觉得经历了 10 个月而已。

所以,排除宇宙失重和辐射对身体的损害,他们的寿命并不会因飞行速度而改变。若不回到地球进行对比,飞船内的人根本察觉不到时间的变化,只能从理论上知晓时间膨胀效应的存在。

这是因为地球和飞船处于不同的时间坐标系,两者对应的时间坐标不同,当局者自然难以察觉。飞船内的人过一天,吃三顿饭,并无饥饿感,而此时地球上已经过去了 707 万天。

物理定律限制了人类航天飞行达到或接近光速,那么,如何突破这一速度瓶颈,在广袤的宇宙中实现恒星际甚至星系际旅行呢?目前,科学界寄希望于两种设想:时空折叠和虫洞穿越。不过,这两种设想仍停留在理论和科幻层面,面临诸多难以克服的障碍,未来能否实现尚不确定。

时空折叠借助曲率引擎扭曲时空,将遥远的星际距离像折扇一样折叠起来,大幅缩短航行距离,可形象地称之为 “缩地法”;虫洞穿越则是利用时空隧道,直接穿越到遥远的目的地。

虫洞既可能自然形成,也存在人工制造的可能性,这种方式就如同在星际间 “抄近道”。理论上,这两种方法都能让飞船以远超光速的速度抵达目的地,但并非通过提升飞船自身的飞行速度,而是通过 “跨越” 大幅缩短旅途。

因此,不会产生时间膨胀效应,也就避免了飞船旅行一年,地球却已过去数百万年甚至数亿年的时空佯谬问题 。

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