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以光速飞行无论多远的距离都能瞬间到达,如何理解这句话?

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之前也发表过很多关于光速飞行和超光速飞行之类的科普文章,这里再强调一下,“光速飞行”对于我们来讲是不现实的,也是没有意义的。光速是四维时空的最高速度,只有静质量不为零的物体速度才能达到光速。

对于静质量不为零的任何物体,都受制于爱因斯坦狭义相对论中的质增效应。



从公式中可以看出,物体的运动速度越大,动质量就会越大。当物体速度无限接近光速时,质量达到无穷大,想要再给物体加速让其达到光速,就需要无穷多的能量才可以做到,显然这是不可能的,因为整个宇宙的能量都不够用。

除了质增效应之外,狭义相对论还告诉我们很多其他效应,比如说时间膨胀效应,尺缩效应等。

所谓“时间膨胀”,讲的是速度越快时间就越慢,注意这里的“快慢”是两个不同的参照系对比之后的结果,同一个参照系下不存在时间的快慢。



拿著名的“双生子佯谬”来举例说明。弟弟在地球上,哥哥乘坐亚光速飞船离开地球。由于哥哥的速度达到亚光速,他的时间就会变慢。所以在弟弟眼里,哥哥的时间就变慢了,他的一切行为看起来就像是慢动作。

但是对于哥哥本人来讲,他丝毫感受不到时间有任何变化,因为他感受到的只是自己的时间,也就是本征时间,任何人的本征时间都不会发生改变,必须与其他的参照系做对比之后,才能感受到时间的变化。

也就是说,哥哥必须与弟弟做对比,才能感受到自己的时间变慢了。



实际上,如果不重返地球的话,弟弟看到哥哥的时间变慢了,哥哥同样也会觉得弟弟的时间变慢了。因为运动是相对的,哥哥以亚光速离开地球,同样地,弟弟也以亚光速远离哥哥。

那么到底谁对谁错呢?两人都没有错,因为他们都是以自己为参照系得出的结果,不同参照系的时间对比是没有意义的。只有哥哥和弟弟重新回到同一参照系再进行对比才有意义。



再来说说“尺缩效应”。其实如果你理解了时间膨胀,自然也就明白了尺缩效应。

因为时间和空间是有机的整体,两者不可分割可以通俗理解为就是一个东西。所以时间的任何变动,自然也会带来空间上的变动,体现出来就是尺缩效应。

从尺缩效应公式可以看出,物体的速度越快,距离就会越短,当物体的速度无限接近光速,距离就会无限趋于零,这意味着,无论多么遥远的距离都近在咫尺,瞬间就能到达。



正如前面所说,由于时间和空间是一个整体,所以时间膨胀和尺缩效应其实是等效的,两者其实是一个意思,也是同时出现的。

光子始终以光速飞行,所以对于光子来讲是没有时间的,或者说光子的时间静止了。而且,无论多远的距离,光子都可以瞬间到达,不需要任何时间。



有人可能质疑:我们不是经常说“太阳光到达地球需要大约8分钟左右时间吗?”

这里的“8分钟”并不是光子的时间,而是人类观测的时间,也就是说,以地球为参照系,太阳光到达地球的确无需要8分钟,这只是简单的距离除以速度得到的时间。



但是对于光子本身来讲,并不需要8分钟,而是瞬间到达地球,不需要任何时间。这两者并不矛盾,恰恰体现了爱因斯坦的狭义相对论,其实也是“同时的相对性”的另一种表现形式。

这里有一个极端情况,那就是光速,如果真的以光速飞行了,我们真的可以瞬间到达任何遥远的距离吗?

理论上确实如此。不过实际上,一旦达到光速飞行,我们就不再是“我们”了,我们会成为“光子”,光子当然能以光速飞行了。此时的我们已经不受狭义相对论束缚了,可以尽情地以光速飞行。



能够看出,由于光子没有时间也没有空间,所以光速其实就是四维时空的界限,这也告诉了我们一个诀窍:如果想脱离四维时空,方法其实很简单:只需要光速飞行或者超光速飞行就可以了。

由于光子没有时间和空间的概念,所以其实光子并不属于我们四维时空的东西,而且光速飞行的任何物质都是如此,不再属于四维时空,而是以我们不知道的方式存在。



但为何光子在我们的宇宙无处不在呢?严格来讲,光速是超越四维时空的分界线,以光速飞行就能在四维时空永恒存在,比如说光子,它就是永恒的,如果不被别的物体吸收,光子能永远存在。而一旦超越了光速,就脱离了四维时空,至于到哪里去了,我们不得而知,或许是其他高维度空间。

谁知道呢?

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