很多人誤解,在光速狀態(tài)下,飛船內(nèi)的人會(huì) “感覺” 到時(shí)間停止。
但實(shí)際情況是,飛船內(nèi)人員身上的所有細(xì)胞運(yùn)動(dòng)都會(huì)停止,一切生命和物理過程真正陷入停滯,時(shí)間歸零,空間同樣歸零。從觀測者的角度來說,如果能看到以光速飛行的物體,會(huì)發(fā)現(xiàn)它們仿佛被定格了。
即便外界歷經(jīng)百年、千年,甚至一億年,這些物體都不會(huì)有絲毫變化。
當(dāng)然,這僅僅是理論假設(shè)。因?yàn)槿魏斡匈|(zhì)量的物體達(dá)到光速時(shí),尺縮鐘慢效應(yīng)致使時(shí)間停止、空間歸零,處于零空間的物體,根本無法被觀測到。
然而,愛因斯坦狹義相對(duì)論早已明確,任何具有靜質(zhì)量的物體都無法達(dá)到光速。
這是因?yàn)槲矬w達(dá)到光速時(shí),動(dòng)質(zhì)量會(huì)變得無窮大,相應(yīng)地,驅(qū)動(dòng)它所需的能量也趨于無窮。可宇宙中的能量并非無窮無盡,這就從根本上限制了物體達(dá)到光速。
盡管如此,仍有人對(duì)物體無法達(dá)到光速的理論心存疑慮,不斷追問若達(dá)到光速會(huì)是怎樣的情形。在此明確,理論上物體達(dá)到光速就會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象,只不過這一理論無法通過實(shí)際驗(yàn)證。
值得一提的是,愛因斯坦的光速極限理論歷經(jīng) 100 多年的考驗(yàn),無論是頂尖科學(xué)家,還是自稱不凡的民間科學(xué)愛好者,都未能成功推翻。
倘若物體真能達(dá)到光速,由于一切歸于停止,空間為零,飛船內(nèi)的人自然不會(huì)感到饑餓。
至于時(shí)間停止、空間歸零是怎樣的感覺,可以這樣設(shè)想:整個(gè)宇宙的距離感消失,飛船駛向目的地不再需要時(shí)間過渡,仿佛瞬間抵達(dá)。
當(dāng)飛船停下,宇航員會(huì)覺得自己未花費(fèi)任何時(shí)間,就已到達(dá)導(dǎo)航設(shè)定的位置。
在日常生活中,無論是時(shí)速幾百千米的交通工具,還是秒速十幾千米的宇宙飛船,速度時(shí)間膨脹效應(yīng)極其微弱,僅在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中需要運(yùn)用相對(duì)論進(jìn)行微調(diào)。
但當(dāng)飛船接近光速飛行時(shí),尺縮鐘慢效應(yīng)便會(huì)凸顯出來。依據(jù)愛因斯坦提出的速度時(shí)間膨脹效應(yīng)公式:t'=t/√[1-(v/c)2],我們能夠計(jì)算出不同亞光速飛行狀態(tài)下,飛船內(nèi)的時(shí)間膨脹效應(yīng)。
當(dāng)飛船速度達(dá)到 0.5 倍光速時(shí),時(shí)間膨脹效應(yīng)為 1.15 倍;速度提升到 0.99 倍光速,時(shí)間膨脹效應(yīng)飆升至 7 倍;速度達(dá)到 0.9999 倍光速,膨脹效應(yīng)達(dá)到 70 倍;速度為 0.999999 倍光速時(shí),膨脹效應(yīng)更是高達(dá) 707 倍。此后,速度小數(shù)點(diǎn)后每增加兩個(gè) 9,膨脹效應(yīng)便會(huì)提升 10 倍。
這意味著,飛船速度達(dá)到相應(yīng)數(shù)值后,飛船內(nèi)的時(shí)間會(huì)放慢對(duì)應(yīng)倍數(shù),空間也會(huì)縮短相同倍數(shù)。
但這種時(shí)間放慢并非人類主觀能感知到的,飛船內(nèi)整個(gè)物質(zhì)系統(tǒng),從基本粒子的運(yùn)動(dòng)、衰變,到細(xì)胞的生長,都遵循這一慢下來的時(shí)間體系,依然是按部就班地流逝,只有與地球時(shí)間對(duì)比時(shí),時(shí)間的相對(duì)性才會(huì)顯現(xiàn)。
例如,一艘以 0.99999999999999 倍光速飛行的飛船,前往距離地球 300 萬光年的三角座星系(M33)。
從地球觀測,飛船內(nèi)的時(shí)間比地球慢了 707 萬倍,而飛船內(nèi)的人會(huì)感覺 M33 星系的距離縮短了 707 萬倍。如此一來,飛船到 M33 星系的距離僅約 0.424 光年,以 0.99999999999999 倍光速飛行,大約 0.42 年就能抵達(dá)。但在地球人眼中,飛船飛行了約 300 萬年。
飛船往返一趟,飛船內(nèi)的人感覺只過了 10 來個(gè)月,而地球上已經(jīng)過去了 600 萬年。
但這并不意味著飛船內(nèi)的人比地球人長壽了 600 萬年。
實(shí)際上,他們只是穿越到了地球的未來,自身并不會(huì)有長壽的感覺。在飛船內(nèi),時(shí)間依舊一秒一分地正常流逝,細(xì)胞也正常生長代謝,他們僅僅覺得經(jīng)歷了 10 個(gè)月而已。
所以,排除宇宙失重和輻射對(duì)身體的損害,他們的壽命并不會(huì)因飛行速度而改變。若不回到地球進(jìn)行對(duì)比,飛船內(nèi)的人根本察覺不到時(shí)間的變化,只能從理論上知曉時(shí)間膨脹效應(yīng)的存在。
這是因?yàn)榈厍蚝惋w船處于不同的時(shí)間坐標(biāo)系,兩者對(duì)應(yīng)的時(shí)間坐標(biāo)不同,當(dāng)局者自然難以察覺。飛船內(nèi)的人過一天,吃三頓飯,并無饑餓感,而此時(shí)地球上已經(jīng)過去了 707 萬天。
物理定律限制了人類航天飛行達(dá)到或接近光速,那么,如何突破這一速度瓶頸,在廣袤的宇宙中實(shí)現(xiàn)恒星際甚至星系際旅行呢?目前,科學(xué)界寄希望于兩種設(shè)想:時(shí)空折疊和蟲洞穿越。不過,這兩種設(shè)想仍停留在理論和科幻層面,面臨諸多難以克服的障礙,未來能否實(shí)現(xiàn)尚不確定。
時(shí)空折疊借助曲率引擎扭曲時(shí)空,將遙遠(yuǎn)的星際距離像折扇一樣折疊起來,大幅縮短航行距離,可形象地稱之為 “縮地法”;蟲洞穿越則是利用時(shí)空隧道,直接穿越到遙遠(yuǎn)的目的地。
蟲洞既可能自然形成,也存在人工制造的可能性,這種方式就如同在星際間 “抄近道”。理論上,這兩種方法都能讓飛船以遠(yuǎn)超光速的速度抵達(dá)目的地,但并非通過提升飛船自身的飛行速度,而是通過 “跨越” 大幅縮短旅途。
因此,不會(huì)產(chǎn)生時(shí)間膨脹效應(yīng),也就避免了飛船旅行一年,地球卻已過去數(shù)百萬年甚至數(shù)億年的時(shí)空佯謬問題 。
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