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深度科普:光速飛行時間靜止了,人還會餓肚子嗎?

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在相對論的狹義版本中,常有人對“光速極限”與“時間膨脹”產(chǎn)生誤解,他們往往會根據(jù)字面意思,產(chǎn)生一些不精確的理解。

首要澄清的是,宇宙飛船絕不可能達到光速,因為相對論的基本原則告訴我們,任何非零靜質(zhì)量的物體均不能被加速到光速。依據(jù)質(zhì)量-速度公式:



(其中m代表物體的運動質(zhì)量,m0是其靜止質(zhì)量,V是物體速度,C是光速)我們可以看到,物體速度V越大,公式中的分母就越接近于零,而物體的質(zhì)量m就會變得無窮大,即便動用全宇宙的能量推動它,也是枉然。此即光速障礙的根本所在。

盡管不能達到光速,但我們不妨探討一下接近光速的情形。當(dāng)飛船以接近光速飛行,對于地面上的靜止觀察者來說,飛船內(nèi)的時間確實變慢了。速度愈接近光速,時間流動就愈發(fā)遲緩,船上的人動作猶如慢動作。但奇妙的是,船上的人本身并不會覺得時間過得慢,反倒會覺得地面上的時間變慢了。他們會發(fā)現(xiàn)一切如常,時間的流逝與地面上并無二致。午飯時間到來時,自清晨離地以來,雖已過了六七個小時,卻早已饑腸轆轆,盼望著大快朵頤,先喝口水潤潤喉嚨……



以上所述的情境是有可能發(fā)生的,這是相對論中所謂的“時間膨脹與長度收縮”現(xiàn)象。時間的同時性是相對的,由于飛船與地面處于不同的參照系,對同一事件的觀察結(jié)果截然不同,對時間和時間間隔的感知也大相徑庭。飛船上的人和地面上的人互相看著對方,都會覺得對方的時間過得慢,這并不矛盾,因為他們處于完全不同的參照框架中,比較彼此的時間感知是沒有意義的。



假設(shè)我們進一步加速飛船,船上的人可能會誤以為這次加速超越了光速(盡管沒有實際測量),但地面上的觀察者卻清楚,飛船速度仍舊未及光速。這揭示了宇宙中的一個事實:我們并不是不能“達到”光速,而是即使“達到”了,從任何參照系來看,飛船依舊不能超越光速。對飛船而言,光速依舊是光速。換言之,無論我們多快,光速對于我們總是光速,這是對光速極限原理更深層次的理解。這并不是相對論或愛因斯坦所規(guī)定,而是一個普遍的宇宙規(guī)律。

即使不能達到光速,但從任何參照系來看,飛船的時間都不會靜止,即便時間流動極其緩慢。飛船上的人對此亦然,F(xiàn)在,讓我們順應(yīng)一些人的思維,再進一步假設(shè):即便地面觀察者認為飛船達到了光速(再次強調(diào),這是不可能的,僅為解讀相對性),飛船的時間“靜止”了(實際上,沒有證據(jù)顯示飛船達到光速時時間會靜止),但船上的人仍不會感到時間減慢,哪怕是在“達到”光速的瞬間。



這是因為船上一切事物相對于飛船這個參照系的速度為零,人們不會感到時間變慢。由此可見,即便飛船以光速飛行(再次強調(diào)這是不可能的),從地面看時間“靜止”了,但對船上的人來說,時間依然正常流逝。

所以,時間不會靜止,人仍然會感到饑餓,除非他是無生命的。反之,饑餓感說明有變化發(fā)生,意味著時間并未停止。如果時間停止,胃怎會感到空虛呢?因此,“時間靜止時,人是否會感到饑餓?”這一問題其實已經(jīng)有了答案。



這些例子只是為了說明問題,并非真實情況。實際上,如果飛船真的能追上光速,那么時間也不會是靜止的,而是根本不存在了。記住,時間徹底消失了。對于這個飛船以及飛船內(nèi)的人來說,宇宙已經(jīng)瓦解,所有的物理規(guī)律都無法束縛他們。對他們而言,不只是時間消失,連空間也消失了。當(dāng)人不再以時空的形式存在,又怎會感受到饑餓呢?

綜上所述,飛船無法達到光速,時間也不會靜止。即使時間停止,人類的時間也不會停止,肚子依然會感到餓。即使非要設(shè)想飛船達到光速,時間也不是停止,而是徹底消失,自然就不會有饑餓感了!

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