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光速飞船中的感觉只能臆想,人类为什么没有机会体验?

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常有人幻想着,有一天人类坐上光速运行的飞船,是怎样的感觉。但这注定只能是痴心妄想,因为:

第一,这个世界上永远不会出现光速飞船,因此有此奢望者不但自己无法,就是子子孙孙永远也坐不上光速飞船。

第二,根据爱因斯坦相对论时间膨胀效应,在光速运行中,时间停止,空间为零,因此什么感觉也没有。

首先说说为什么不会出现光速飞船。这怎么解释呢?没有光速飞船是根据相对论质增效应来确定的,狭义相对论认为光速是物质运动的极限,凡有静质量的物体都无法达到光速,因为物质运动是随着速度增加而动量增加的,在低速系里,也就是没有达到光速一半的情况下,质增效应是不明显的,但随着趋近光速,这个质增效应渐渐趋于无限大。

何谓无限大?就是我们宇宙总质能也是有限的,虽然这个数据很大,或者还没有一个确切的数据,但科学界共识的大爆炸宇宙标准模型,早就限定了宇宙是有限的,有始有终的。因此物质运动趋近光速,其动能超过了宇宙,这本身就是个扯淡的悖论,因此是不可能实现的。

质增效应可以用质速关系公式来表达。其表达式为:M=m/√[1-(v/c)^2],这里的M为物质的运动质量,m为物质的静质量,v为运动速度,c为光速。电子质量数量级为9.109x10^-31kg,根据这个公式计算,当一个电子速度达到光速的99.99%后面再拖上100个9时,这个电子的质量就达到了6.43x10^21kg,相当月球的1/10质量了;如果在此基础上再快66个9,这个电子就超过可观测宇宙的10^54kg质量了。

因此一个电子达到光速也将导致宇宙完蛋,何况一艘飞船?很多人不信,硬要认为可能存在超越光速的物质。但科学界信,因为经过了100多年的观测发现以及各种实验试验,所有物质运动都严格符合质速关系公式,在大型强子对撞机里耗费巨大能量也只能将一束质子加速到光速的99.9999991%。

这就是爱因斯坦给物质运动无法达到光速下的判决。

再来说说速度时间膨胀效应。爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论摒弃了经典力学里的绝对时空观,认为时空并不是绝对的,而是相对的。这是因为质量和速度会扭曲时空,导致时空发生变形,万有引力其实就是时空变形导致物质相互吸引的现象,质量和运动是万有引力发生的根源。

这里不说广义相对论中,重力导致的时空扭曲的时间膨胀,只说说速度时间膨胀效应。速度时间膨胀效应表现为尺缩钟慢效应,也就是速度越快,时间流逝的越慢,空间距离会缩短。也有如质增效应一样,在低速系时表现不明显,随着速度增大,这种时间膨胀效应会越来越大。

狭义相对论速度时间膨胀效应的公式表达为:t‘=t/√[1-(v/c)²],这里,t‘是低速系观测者时钟时间;t是高速系时间记录;v是相对低速观测者移动速度;c为光速;而速度的尺缩公式表达为:L=√[1-(v/c)^2]xL’,式中,L低速系观测者看到的长度,L’为高速观测到的长度,v为速度,c为光速。

根据这个公式,我们可以计算出,但速度达到光速的50%时,时间膨胀会达到1.15倍,也就是运动了1个小时,观测者会觉得过了1.15个小时;当达到光速度的99%时,时间膨胀会达到约7倍;以后,没靠近光速两个数量级,时间膨胀会增加1个数量级。越来越靠近光速,时间膨胀将变得无限大,到达光速,时间将会停止。

时间膨胀效应早就被实践精准验证。可能有很多人认为时间膨胀效应只停留在理论上,实际上这个理论早就得到了精确的证明。运动在2.4万千米高空,每秒约3.6千米的GPS导航卫星,如果不按照相对论时间膨胀效应理论,来调整天地钟表时间,导航就无法做到精准同步,就会失之毫厘谬以千里,你的汽车原本去北京,很可能被导去了广州。

现代航天探测器和宇宙飞船的发射,随着速度的增加,这种效应将会越来越明显,只能根据相对论进行调校,才能够到达目的地。所以这个理论已经是高速运动中必须遵循的理论,而推算出来的光速中时间停止,空间为零的结论就是正确的。

那么这种现象会产生什么后果呢?我们假定有一艘光速飞船,忽略掉上船下船的时间和从零加速到光速的时间,乘客一上船就运行在光速中的话,乘员就会体会到开舱门进去,再开舱门出来,好像没有经过时间的感觉,而等待他们的儿孙已经老去。这艘光速飞船即便在宇宙空间运行了1亿年,乘员也不会感觉到时间的流逝。

当然任何飞船都不会突然就达到光速的,因此乘员在没有飞船达到光速前,还是会感到时间流逝的。那么流逝时间多少,就可以根据上述速度时间膨胀效应公式来计算了。而乘员的感觉,也就是在飞船速度较慢时,就像坐飞机和现在的宇宙飞船,可以看到地球远离和目标的接近;但随着速度加快,多普勒效应红移蓝移现象越来越明显,就无法看到物体形象了,只看到快速流逝的光斑。

而达到了光速,就没有任何感觉了,只是观测者度过了千年万年,乃至亿年。有人认为在光速飞船中人会长寿,其实只是比较观测者而言,乘员本身并没有感觉到长寿了,他们没过1分1秒,世上就过了千年万年亿年,他们自己并没有感觉到过了多久,他们能够活100岁,还是只能够活100岁。

理论上未来可能有几个超光速到达目的地的方法。现在议论得比较多的方法是虫洞穿越和曲速跨越。

虫洞穿越是在大引力场作用下,宇宙空间很可能存在着许多连接两个时空的“虫洞”,又叫爱因斯坦~罗森桥,或时空隧道。这有点像火车钻山洞过隧道,可以直接通到山那边,省了许多弯路;而曲速跨越就是通过制造一个曲速引擎,将周围的时空扭曲,就像折扇一样把很长的距离折叠起来,这样只要从折叠的时空上面跨越过去,就瞬间到达很远的地方。

理论上这两种方法都可以超越光速n倍,但这两种方法都不是飞船本身超与光速,飞船该飞多快还是多快,通过走捷径或时空跳跃到达目的地。因此不会发生光速运行的悖论和奇异现象,不违背爱因斯坦定下的光速藩篱。

但这些方法未来是否能够成真,尚无法预料。总之,人类想体验在光速飞船中什么感觉只可意会不可言传,是永远也没法真的体验到的。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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