很多人誤解,在光速狀態下,飛船內的人會 “感覺” 到時間停止。
但實際情況是,飛船內人員身上的所有細胞運動都會停止,一切生命和物理過程真正陷入停滯,時間歸零,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,會發現它們仿佛被定格了。
即便外界歷經百年、千年,甚至一億年,這些物體都不會有絲毫變化。
當然,這僅僅是理論假設。因為任何有質量的物體達到光速時,尺縮鐘慢效應致使時間停止、空間歸零,處于零空間的物體,根本無法被觀測到。
然而,愛因斯坦狹義相對論早已明確,任何具有靜質量的物體都無法達到光速。
這是因為物體達到光速時,動質量會變得無窮大,相應地,驅動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到光速。
盡管如此,仍有人對物體無法達到光速的理論心存疑慮,不斷追問若達到光速會是怎樣的情形。在此明確,理論上物體達到光速就會出現上述現象,只不過這一理論無法通過實際驗證。
值得一提的是,愛因斯坦的光速極限理論歷經 100 多年的考驗,無論是頂尖科學家,還是自稱不凡的民間科學愛好者,都未能成功推翻。
倘若物體真能達到光速,由于一切歸于停止,空間為零,飛船內的人自然不會感到饑餓。
至于時間停止、空間歸零是怎樣的感覺,可以這樣設想:整個宇宙的距離感消失,飛船駛向目的地不再需要時間過渡,仿佛瞬間抵達。
當飛船停下,宇航員會覺得自己未花費任何時間,就已到達導航設定的位置。
在日常生活中,無論是時速幾百千米的交通工具,還是秒速十幾千米的宇宙飛船,速度時間膨脹效應極其微弱,僅在衛星導航系統中需要運用相對論進行微調。
但當飛船接近光速飛行時,尺縮鐘慢效應便會凸顯出來。依據愛因斯坦提出的速度時間膨脹效應公式:t'=t/√[1-(v/c)2],我們能夠計算出不同亞光速飛行狀態下,飛船內的時間膨脹效應。
當飛船速度達到 0.5 倍光速時,時間膨脹效應為 1.15 倍;速度提升到 0.99 倍光速,時間膨脹效應飆升至 7 倍;速度達到 0.9999 倍光速,膨脹效應達到 70 倍;速度為 0.999999 倍光速時,膨脹效應更是高達 707 倍。此后,速度小數點后每增加兩個 9,膨脹效應便會提升 10 倍。
這意味著,飛船速度達到相應數值后,飛船內的時間會放慢對應倍數,空間也會縮短相同倍數。
但這種時間放慢并非人類主觀能感知到的,飛船內整個物質系統,從基本粒子的運動、衰變,到細胞的生長,都遵循這一慢下來的時間體系,依然是按部就班地流逝,只有與地球時間對比時,時間的相對性才會顯現。
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,飛船內的時間比地球慢了 707 萬倍,而飛船內的人會感覺 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。但在地球人眼中,飛船飛行了約 300 萬年。
飛船往返一趟,飛船內的人感覺只過了 10 來個月,而地球上已經過去了 600 萬年。
但這并不意味著飛船內的人比地球人長壽了 600 萬年。
實際上,他們只是穿越到了地球的未來,自身并不會有長壽的感覺。在飛船內,時間依舊一秒一分地正常流逝,細胞也正常生長代謝,他們僅僅覺得經歷了 10 個月而已。
所以,排除宇宙失重和輻射對身體的損害,他們的壽命并不會因飛行速度而改變。若不回到地球進行對比,飛船內的人根本察覺不到時間的變化,只能從理論上知曉時間膨脹效應的存在。
這是因為地球和飛船處于不同的時間坐標系,兩者對應的時間坐標不同,當局者自然難以察覺。飛船內的人過一天,吃三頓飯,并無饑餓感,而此時地球上已經過去了 707 萬天。
物理定律限制了人類航天飛行達到或接近光速,那么,如何突破這一速度瓶頸,在廣袤的宇宙中實現恒星際甚至星系際旅行呢?目前,科學界寄希望于兩種設想:時空折疊和蟲洞穿越。不過,這兩種設想仍停留在理論和科幻層面,面臨諸多難以克服的障礙,未來能否實現尚不確定。
時空折疊借助曲率引擎扭曲時空,將遙遠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空隧道,直接穿越到遙遠的目的地。
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超光速的速度抵達目的地,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,不會產生時間膨脹效應,也就避免了飛船旅行一年,地球卻已過去數百萬年甚至數億年的時空佯謬問題 。
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