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街巷探秘:讲古佬带你品味隐藏于羊城老街巷的传奇故事
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我坐飞船去NASA说的那个星球需要1400年么?

济公 发表于 2015-7-26 |1条回复 |805次浏览

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最近,NASA发现了一个据说跟地球高度相似的星球——开普勒452b。它距离地球1400光年,也就是说,

如果现在我们发射一束光到这个开普勒上去,如果开普勒上头有人的话,他1400年后才能收到。光年嘛,光跑一年的距离就是光年,1400光年当然光就要跑1400年。

但是这里有一个大问题:地球人和开普勒人是觉得跑了1400年,可是你考虑过光的感受么?

如果光子上头坐个人(这当然不可能,下面会解释),这个人从地球出发,到抵达开普勒,是活活老了

1400岁么?

不是。

对于光子上头坐的这个人来说,这一切就是一瞬间!根本不花任何时间!

这个听起来有点古怪。咱们换个说法,如果我们在2016年用0.999999倍光速发射一个飞行器(这在实践上其实也是不太可能的),那么开普勒星的人会在1400年零几小时的时间后收到这个飞行器。可是,对于飞行器里的人来说,他自己觉得飞了多久?可不是1400年,如果不考虑加速减速的时间,那就是差不多两年的时间。

这个很多人会觉得胡说八道。1400光年就是光跑1400光年的距离,怎么你跑两年就到了?!怎么光一瞬间就到了?那么这个飞行器岂不是超光速了?

飞行器当然没有超光速。你站在地球上观测的时候,它确实飞了1400年。但飞行器里的人呢?他们自己的感觉确实只跑了两年就到了。而他们如果坐在光子脑袋上,一瞬间就到了。

这是为什么?

因为在飞行器里的人看来,开普勒和地球之间的距离缩短了。它根本不是1400光年,而是差不多两光年。而在光子眼里,开普勒的地球之间根本就没有距离。事实上,如果你坐在光子脑袋上,那面前的宇宙差不多就被压缩成了一个没有厚度的薄纸一样的东西,不,甚至不能说是薄纸,严格来说根本消失不见了。

这听上去很怪诞。但其实是狭义相对论的基本入门的概念,也是科幻小说里常用的梗。如果你喜欢读科幻小说的话,你会经常碰见这个概念:汤姆船长驾驶宇宙光辉号飞达10光年外的杰瑞星,时间债为XX年。这个时间债是啥意思?就是我上头说的这个概念。你用两年飞到了1400光年外的开普勒星,到地方了发现当地土著老了1400岁,你就欠了1398年的时间债。

我原来以为这个概念是大家都清楚的,因为它太常见了。但昨天我才发现很多人不理解,而且越不理解越生气:“光年!请搞清楚什么是光年!你懂不懂什么是光年!”

我当然知道什么是光年。

我解释一下这是怎么回事。跟我来,comeon。

这里主要牵涉到狭义相对论。广义相对论确实比较复杂,牵涉到了引力场和时空曲率,解释起来颇不容易。但狭义相对论其实比较简单,后来物理史家都马后炮说:“哎呀,狭义相对论就是这么个东西啊?这也没什么啊。就算没有爱因斯坦,过两三年肯定也会有人发现这个的。但是广义相对论就不同了,没有爱因斯坦的话,可能几十年后也不一定能有人想得到。”

他们说的对不对?

可能是对的。因为狭义相对论的核心非常简单,最重要的就是一条:光速不变。只要知道了光速不变,通过一些不太复杂的推导,就能得出很多颠覆性的结论。而在爱因斯坦提出相对论之前,物理学家已经知道了光速不变了。所以有可能,狭义相对论可能已经是个熟透的果子,早晚要掉下来,有爱因斯坦没爱因斯坦无碍大局。但是广义相对论是个真正的个人性的天才创造。

我说这么多,其实主要就是想说一点:狭义相对论不复杂,比广义相对论好理解得多。

它的核心就是光速不变。不论光是从任何运动物体发出来的,你测到的都是30万公里每秒。

但是这里有问题。

我以0.5倍光速朝你跑,然后朝你发出一束光。我觉得这束光的速度是光速。你觉得这束光也是光速。

这个事情说起来简单,但其实是很古怪的一件事。

你仔细想想,如果你攥着一个手电筒坐在光子上,望前发出一束光。你是光速,在你眼里手电筒的光也是光速,你眼瞅着手电筒里的光呼呼往前猛跑。一秒钟后它就跑到你三十万公里前头了。但是在地上的人看来,你是光速,你手电筒里的光越是光速,你们俩没有相对速度,这个手电筒的光还是在跟你贴一起,根本没跑到你前头去!

那这个手电筒的光到底在哪儿?

首先要记住一个词儿:尺缩。

什么叫尺缩?一个飞毯躺地下的时候长一米,以0.9倍光速的飞的时候,地面上的你就会觉得它在空中变成了四十多厘米。这就是尺缩效用。它的推导牵涉到洛伦兹变换,这里不仔细说了,你可以把它当成理解狭义相对论的一个最基本最简单的钥匙。

想象一下,未来人类在背景和开普勒星球之间造了一座六车道的高速收费京开天桥,在制造商眼里看,这个天桥当然是长1400光年。如果一光年的距离设一个收费站,一个收费站收一个亿,那么正好,从桥这头进去的是马云,从桥那头出来的是要饭的。搭配的非常合理。

这没什么问题。

但是,如果马云坐的是一个未来型超级豪华加强宇宙无敌法拉利,速度高达0.999999倍光速。那么他的眼里,这个桥就缩短了,只有差不多两光年长了。他就会觉得收费站设的未免太密了点。

在收费员眼里看,法拉奇的速度是0.999999倍光速,车灯是一倍光速。缩了多少?这就牵涉到洛伦兹变换,这里就不列公式了,笼统来说呢,就是速度越快,缩得越厉害,单

这个速小不是线性的啊,要更复杂一些。等到达到光速的时候,这个距离就缩到了零。速度越快的东西,在你眼里越扁,如果它的速度到了光速,它的厚度就成零了。

这样,前头说的手电筒的问题就好解释了

手电筒的光到底在哪儿?

在光子上头的那个人眼里,一秒钟后手电筒的光射到了30万公里的地方。在地球人看来,这三十万公里

发生了尺缩,缩成了零。所以光一直贴在那个人身边。

这样很容易有一个推论:光子没有大小。原子、电子都尺寸,光子只有波长,没有尺寸。

下面说时间。

距离等于速度乘以时间。

光速把速度锁死了,距离变了,尺缩了,时间当然就会变。这就是所谓钟慢效应,钟慢效应和尺缩效应

其实是两面一体。

你的眼里桥是1400光年。马云眼里桥是差不多两光年、马云出发的时候是2015年,到了开普勒星的时候,当地土著人会认为是3415年。马云则会认为是2017年。

这就是相对论里的时间相对性。没有哪个人的时间是对的,或者说是错的。时间就是不一样。

但是仔细想想,这里头有问题。

这个问题就是速度是相对的。收费员觉得马云以0.999999倍光速往前跑,可马云也觉得收费员以0.999999倍光速往后跑啊!这个在相对论还是成立的。那马云觉得收费员的桥缩,收费员还觉得马云的车缩呢。有点乱,是吧?

再想想,如果马云的车巨长,长达1400光年,那会发生什么情况?

请问马云车头到开普勒星的时候,车屁股在哪儿?

马云认为桥长两光年,自己的法拉利长1400光年,车屁股当然在桥外头1398光年外呢。

收费员认为法拉奇长2光年,桥长1400光年,车屁股当然在桥上,距离开普勒星两光年。

谁对?

谁都对。

关键问题在于,从马云开车后发生过三个事件,

起始处:马云刚开动车的时候车屁股在桥外1400光年处,车头刚上桥

然后:

1:马云的车屁股距离天桥1398光年

2:马云的车屁股到了开普勒星星两光年处

3:马云的车头到了开普勒星

在马云看来,1,3同时发生。

在收费员看来,2,3同时发生、

他们两个的观点都是对的。他们两个的时间线不一样,但是谈不上对错。没有谁的观察比另一个人更靠谱。3到底和谁同时发生?1......也可能是2。取决于你站在谁的参照系上看。

这就出来了时间的相对性。

是不是觉得有点想通了又有点迷糊啊?

再想一个问题,时间的问题。

马云老得快,还是收费员老得快?

你会说当然是收费员。马云两年到了开普勒星,那个时候收费员都1400多岁了。

但是换个角度想呢?

公元2015年,马云的车头开过了第一个收费员张三的位置。马云认为自己的车身是1400光年,收费员以0.999999倍光速后退,当时是公元3415年的时候,车屁股才掠过了第一个收费站。那个时候,马云早就一千多岁了。

但是站在收费员的角度看,马云的车身子只有两光年,车速则是0.999999倍光速。马云的车屁股开过收费站的时候,是2017年,张三才老了两岁。

咦?

车头到达开普勒星球的时候,马云老了两岁,张三1400度岁?

车屁股掠过第一个收费站的时候,马云1400多岁,张三老了两岁?

到底谁老得快?

答案是:没法比较。

两个有相对速度的系统,时间没法比较,这个比较没有意义。

从马云的角度看,时间线一点问题都没有:2015年上路,2017年到达星球,3415年,车屁股过第一个收费站。

从张三的角度看,时间线也没有问题:2015年马云上路,2017年,车屁股过第一个收费站,3415年马云达到开普勒星球。

两个时间线都没有问题,那怎么对一对,回到同一个时间线里呢?只有一个办法:改变速度。

把速度同一下来,大家都在同一个时间线里,看看谁老。

问题是:谁改变速度?

如果是马云减速停下来,那么无疑他会看到一个一千多岁的老收费员。

单如果马云是宇宙大神,念动真言,让地球、开普勒、售票员一起忽然加速,跟上自己的法拉利,那么年轻的售票员将会看到一个一千多岁的马云。

为什么?

这个可以用广义相对论解释一下。按照广义相对论,加速度等同于引力。引力场周围会引发时空扭曲,导致时间流动速度跟外面不一样。大家都看过《星际穿越》,里头有一个在黑洞周围的行星,主人公在上面呆几个小时,地球上的闺女就比自己还老了。同样,如果马云减速度(减速度跟加速度本质上一样,都是改变速度),就等于给自己制造了一个强大的引力场,同样会扭曲周围的时空,导致自己下车的时候看到一个一千多岁的老收费员。

同样,收费员如果加速赶上,也一样会扭曲时空,导致自己碰到一个老马云。

著名的双生子佯谬就是这个道理。

两个双胞胎,一个坐飞船走了,一个留在地球,谁老的快?

谁老的都不快。因为速度不同,完全无法比较年龄。

只有等坐飞船哥哥的减速回来,才会发现弟弟老了。

如果弟弟坐飞船赶上哥哥,那他却会发现哥哥老了。

看见没?问题就在谁改变速度上。

都不改变速度的话,两个人速度不同,时间就完全无法比较。

最后再补充一点:你不能以光速飞行,就像前头说的,站在光子上头打手电筒?答案是:不能。任何有静止质量的物质都不能达到光速。因为那个时候你的运动质量和能量都将是无穷大,整个宇宙都装不下你。为什么光子可以?因为光子没有静止质量。

大致是不是明白了点了?如果觉得还是完全不理解,那你还得找几本书看。如果觉得清楚了点,打赏吧!
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寒山迁客 发表于 2015-7-26 15:21:14 ( 加好友 |打招呼 |发消息 )
这星体又不是恒星,因此它不是光源光,是反射光,反射光功率极小,1400年时长的行程,它不衰减的吗?
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