据说,当人达到光速飞行的时候,无论多远的距离,在感觉上都是瞬时到达,大家怎么看?

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物理学最重要的是概念理解,与其死记纷繁的各种定律,不如理解好一个整体的概念。比如运动,今天就给大家科普一个平时不太用到的一种概念理解——

世界上所有的物体都在时空中以约30万公里/秒的速度运动。

如何理解这句话?为什么说所有物体都在以光速运动?这里的关键核心就是对“在时空中运动”的理解。

什么叫在“时空中运动”?

有初中物理知识的人都知道,在一个点上作用两个不同方向的力,可以形成一个合力,而这两个力,则可以看成合力在不同方向上的两个分力,遵循“平行四边形法则”。

时空中的运动也是如此。这世上的所有物体不仅在空间中运动,也在时间中运动。在空间与时间中的运动,可以看成在时空中运动的两个分量。

光速为30万公里/秒与光速不变,其实指的就是光在空间中的运动为最大值,而在时间中的运动为零,即光只在空间中运动,不在时间中运动。而对于静止的物体来说,在空间中的运动为零,但在时间中却达到了30万公里/秒的最大值。也就是说在时空的概念里没有任何静止的东西,万事万物都以恒定的30万公里/秒的速度在运动。所谓的洛伦兹变换,对应的就是在时间与空间中的运动分量变化而已。

我们传统所说的速度,仅仅是指在空间中的速度分量而已。这样理解的好处是,只要知道一个空间速度,我们可以很简单地遵循合力与分力的平行四边形法则,计算出时间的流速。实际上时间和空间可以看成相互垂直的两个维度,所以光速^2=空间速度^2+时间速度^2

大概意思就是上图这种关系,这算是我知道的,最简单理解速度与时间的变换方式了。只是最后的时间速度,需要简单的换算一下与正常时间流速的比值,就是与C的比值。

所谓的“钟慢”就是时间上速度的减慢。当然在我们日常超慢速的生活中,完全不用考虑这个问题了。

对于一些亚光速、光速问题,这样理解会更快。同时以一种最简单的方式,证明了空间中的超光速运动永远不可能。速度总量为30万公里/秒,怎么分也分不出一个超过这个速度的分量。这不是科技实力的问题,是自然法则的问题。除非一个物体能针对同一参照物即向前运动,又向后运动,这可能吗?

解题

不扯远了,了解了上面的思路,回复这类脑洞相对论问题,简直易如反掌。任何物体达到空间分量上的速度最大值,时间分量上的速度即为零。你可以说没有时间,也可以说时间在此定格了。或许你该抛弃“瞬时”的概念,没有时间即没有瞬时,但你依然在空间里运动,并不能到无限远。

如果以常规感知角度来描述,达到这一速度,你后方的空间会被压缩,集中于你前方的一点,也就是在你飞行方向上空间发生“尺缩”。就像你同时看见了在光速范围内前后的所有东西,但上下左右方向上对应的景像还是没变,这就造成一个奇异的景象。空间从上下左右方向向你的前方无限拉伸,形成一个类似隧道的扭曲图像,更准确地说,应该一个很长的圆锥通道。你的眼睛一定分辨不了你到底在哪,你也完全没了从“”到“”的感觉。

如果从静止的观察者角度看,你靠近时发出变蓝的光,远离时发出变红的光,中间你会被诡异的彩色光辉所环绕,这其实是你身上发出的红外线,发生了蓝移红移。当然在运动方向上,你看上去会被压扁。

当然作为有质量的你,你其实根本达不到这种速度,所以你成不了惊奇队长。

总结

以时空统一的角度来看这个世界,其实会很简单,但要改变根深蒂固的“时间与空间的分割认知”是很难的。

再加上人类文字语言的包容性太丰富了,一词多意是常有的事,所以很难定义准确的科学概念。即便我们常说的“时空”一词,每种语境下,完全是不同的意思。这算不算一种“语言的诅咒”?

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答:理论上是这样的,无限接近光速时,物体内部的时间流逝速度变慢,也就是相对论的时间膨胀效应。


在小说《三体》当中,程心和艾AA乘坐的星环号曲速飞船,飞往286.5光年外的DX3906恒星系统,飞船内只经过了52小时,其中光速飞行时飞船内的时间是停止的,而地球参考系的时间,却经历了280多年。

这其实是大刘严格地考虑了相对论效应,因为相对论描述,一个高速飞行的物体,它的时间是会缩短的,时间膨胀公式如下:

当飞船以光速飞行时,它的时间就完全停止了,无论外界过了多久,飞船内的时间都是一瞬间;当飞船速度远小于光速时,时间膨胀效应将不明显,相对论力学退化为牛顿力学。

在现有技术条件下,人类无法把实体物质加速到光速,在大型强子对撞机中,科学家能把质子加速到光速的99.99999%,但就是无法达到光速。


时间膨胀效应已经被众多实验所证实,比如下面两个:

μ介子衰变

宇宙射线穿过大气层时,会产生速度达0.98c的μ介子,μ介子的半衰期为2.22μs,根据统计学计算,μ介子的半衰期,不足以让μ介子到达地面,可是科学家在地面附近也能探测到大量的μ介子。

该现象唯一合理的解释,就是高速飞行的μ介子,由于时间膨胀效应,导致μ介子在地球参考系中的衰期变长了(实际上μ介子本身的半衰期未变),经过计算,μ介子的衰期比静止时高了五倍,使得μ介子有足够的时间到达地面。

精密原子钟

科学家把两台精密原子钟,分别放在两架飞机上,飞机朝着东西方向相反飞行,最后对比两台原子钟的时间,发现原子钟时间出现了差异,该差异完美地和相对论时间膨胀效应吻合 。


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光速每秒可以走299792458米,一秒钟可以围绕地球旋转7.5个圈,光速从地球到月球需要1.255秒,从地球飞到火星是3分钟2秒。那么光速就是光在真空中行进的速度,爱因斯坦用他的质能方程告诉告诉我们,物体加速不到光速,只能无限的接近于光速。

因为一个物体的速度越快,质量就会变大,质量变大了就得需要更多的能量去加速。把一个物体加速到光速,这会使得这个物体的质量达到无限大,如果没有无限大的能量去加速,那么这个物体的速度和质量就会降下来。

而爱因斯坦除了提出质能方程以外,还在相对论中提出了一个著名的时间膨胀效应。那么时间膨胀又是什么呢?很明显是与时间有关的。



它讲诉了时间会随着你在空间中的移动速度而变化,一个人的移动速度越快,那么他的时间段就会被拉长,进而他的时间就会变慢。所以如果我们乘坐以接近光速飞行的宇宙飞船,可以比地球上的人要长寿好几年。

如果以接近光速飞行,也许在你眼里时间并没有发生改变,而你观察地球上的人,会发现地球的转动速度变快,地球上的人在很短的时间里便衰老死亡 。

以接近光速飞,即使飞行了好几百年,在你的时间段里仅仅只过了几个小时。因为你的时间变慢了,所以即使再远的路途,只要速度够快,你都会感觉瞬间到达。
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爱因斯坦曾经说过,与美女在火车🚄上聊天,会感觉时间过的飞快。反之,如果遇到了难事,便会感到度日如年。

这些都是人类因为自己的情绪,影响了我们对时间的感受。然而,其并不意味着时间真的发生了什么物理变化。

天上一日,地上一年的说法,仅只是古人的神话传说与丰富的想象力。在现实的生活中,在不同的条件下所改变的,仅只是不同事物的变化周期,而不是抽象的时间概念。

我们人类认识的最大特点,是具有抽象的思维。这是人类与其他动物🐒的本质区别,即通过从现象中提出具有共性的概念,来进行逻辑分析。

这种抽象的认识方式,不仅使人类得以认识较为复杂的事物,而且还会使人类的认识具有极高的认识效率。

于是,久而久之,人类把认识工具🔧当成了认识本身,将其构建的同构系统(理论)视为现实的世界。这就好比我们看电影🎬,会不由自主地进入情景,把自己当成了片中的主人公。

对于时间的认识,也是如此。所谓时间,就是人们对各种不同物体变化的抽象概念。其具体的表现,是不同变化周期的比较。

比如,我们可以借助于一些相对稳定的变化周期,来衡量事物的变化速率。于是,地球🌍自转的周期和其围绕太阳🌞公转的周期以及手表⌚️有规律的变化,都是我们度量变化的基本单位与标准,如日、年和秒等。

然而,如果我们把抽象的时间概念与具体的变化周期相混淆,就会在认识上产生混乱,使人类迷失于自己的认识之中。

最为典型的案例,就是将速度与时间挂钩,认为当物体接近于光速时,时间就会变慢。

然而,实际情况却是,由于存在着物理背景,即存在着由最小粒子构成的量子空间,任何物体的运动都会受到该空间的束缚与影响。

因此,类似跑步🏃‍♀️会感到风阻,物体运动速度的增加也会增大量子空间对其的影响,从而改变了该物体自身变化的速率。

物体自身变化的速率与抽象的时间变化,是两个截然不同的概念。如果是前者,其因速度而发生变化的程度与方向,是因物而异的;然而,如果是后者,则要求速度引起的变化是统一的。

比如,在高速运动时,气球🎈就会破裂,而子弹则并无太大的改变。又比如,当人接近于光速运动时,会因量子空间破坏了其组织结构而消亡;然而,对于基本粒子来说,却有可能延长其衰变的周期。这就是所谓的,彼之糖饴我之砒霜,糖尿病人是最惧怕吃糖🍬的。

回到题主的问题,以光速运动的人会因为时间变慢而瞬间抵达目的地吗?当然不会。且不说人的运动无法达到光速,即便是能够实现光速旅行,其达到目的地所需的时间也还是距离除以速度,是要与其他事物的标准变化周期(如手表)相比较的。

除非你定义,在光速的情况下,距离缩短为零。然而,这仅只是一种数字游戏,并无任何实际的物理意义。无论你如何运动,都不会改变太阳与地球的距离,否则的话,地球就会因距离太阳过近,而遭到毁灭。

爱因斯坦之所以将物体的运动速度与时间相联系,是因为光速的不变性。其混淆了光子的弛豫时间(变化周期)与抽象时间的区别。实际上,两者仅只是在物理量纲上具有相同的名称——秒,它们有着截然不同的物理含义。

由于量子空间的存在,任何物体的外在能量都具有两种不同的形式,即相对于自身的动能和相对于空间的势能。这就好比弹簧上的物体,其同时具有动能和势能。

随着该物体相对于弹簧的运动,其所具有的动能与势能,会发生相互的转化。光子的特殊性在于,其质量非常小,以至于光子的动能远小于势能。

于是,光速仅只是光子维持其相对于空间势能的速度。光子能量的变化,主要是其势能的增减,从而表现为速度的不变性,只是其物理参量弛豫时间(频率的倒数)的改变。

总之,由于物理背景的存在,物体运动的速度会改变该物体原有的变化速率。然而,如果我们把物体变化的周期与抽象的时间相混淆,就会得出光速旅行的人瞬间抵达目的地的荒谬结论,使人类的认识陷入了自己的认识误区。


淡漠乾坤


如果一个人不能比光走得更快,那么从我们到最近的恒星来回之旅至少需要8年,而到银河系中心约需5万年来回。


如果宇宙飞船以非常接近光速的速度飞行,对在船上的人而言,到银河系中心也许只用了几年时间。但那实在没什么值得安慰的,因为当你返回时,

你认识的所有人都早已在几千年前死去并被遗忘了,这又有什么意义呢?


1915年,爱因斯坦展示了引力的效应可被描述为时空被其中的物质和能量所弯曲或扭曲,而这个理论被称为广义相对论。我们可以从光或者射电波在太阳附近掠过时被稍微偏折的现象中,实际观测到太阳质量引起的时空弯曲。


因此,在合理的时间内从银河系的一侧到达另一侧的唯一方法似乎是我们将时空弯曲到足够程度,从而制造出一个虫洞。

你的问题中无论多远的距离感觉都是瞬间到达的,这个不是很精准,如果距离很远,感觉上根本不是瞬间到达,可能会需要好几年。


好吧,这里面又涉及了时间旅行的一些逻辑和推理。


根据量子理论,宇宙并不仅仅存在一个独特的单一历史。相反,宇宙拥有每一个可能的历史,每个历史都有其概率。

就不细讲了,东西很多,总之就算是光速了,感觉瞬间达到的前提条件是,距离足够近才可能实现。


晓丰读书


原创思想,光速亦是时空性的,是有着时间性时空性的跨度距离性的,尽管光子是被转化为场性的膨胀辐射波,但如果是只有一个光子的,而就无法组成出一个系统性的一个小磁场出来了,而就形成不出磁场性的波长膨胀辐射性出来了,而这个光子就会迅速的被其它质量性而吸收的了。而人当然是达不到光速的飞行了,就算人是达到了光速的飞行速度,就无法感知有着时间性的存在了,而确实是达到了瞬间性的了。因为没有时空性的时间性存在,而就是没有了延迟性反应性的感应性感觉性的作用性存在了,而就不会有着感觉出来的时间性的这个瞬间性的存在了,这样就既是瞬间性的而又不是瞬间性存在了。但不知是不是这样的认为,而下面就交给砖家们继续的讨论吧!


踏浪而来37326050


其实头条上关于光速的问题这么多,你只需要认真看几个,应该就能明白了,没必要再重复提这些问题。当然,你应该看那几位经常回答这类问题的有黄V的同学的回答,比如史密斯,种花家,宇宙探索,钟铭,牛毛,火星等等,但注意不要被其他一些人的胡说给带偏了。

理论上人是不可能达到光速的,这是这个宇宙的规律所不允许的;但你非要达到光速我们也没有办法不是?虽然理论无法给出答案,但我们合理想象一下,自己推出一个假想的答案自个儿偷着乐可不可以?

按照相对论的观点,一个物体越接近光速,时间就越膨胀变得越慢,1秒钟就相当于我们地球上的几十年,几百年,几千几万年,然后再快呢?无限无限接近光速呢?一秒钟等于几亿,几百亿年,再然后呢?那就肯定是永远永恒,没有时间的概念了。既然没有时间概念,当然到宇宙中任何地方都是瞬间到达,没有时间过程了。

事实上在相对论的公式中,是因为时间是分母,如果变成零就会让公式失去意义,所以不管怎么加速,有静止质量的物体都不可能达到光速。我们可以想象自己达到光速就时间永恒,能瞬间到达宇宙中任何地方,但要说出来,你就违背了这个宇宙的物理定律。



徐德文科学频道


爱因斯坦说光速最快!这个应该颠覆一下!最少意识就比光速快的多的多!几乎你想多快就多快了!比如你一下意识在几百光年的地方几百亿光年的地方!以前可能说意识再快有什么用!没有用!现在𣎴同了,有了量子纠缠,两个粒子距离再远,也可以同时知道对方的信息,而人是由粒子组成的,人韵脑子同样也是粒子组成的,所以量子纠缠对人的意识也是管用的。现在的问题是怎样让它管用!打个比方一个在地球一个距离地球一百光年的地方,那么因为意识可以既时到达,那么在离地球一百光年的地方看到的是一百年前的地球的人和物。离一千光年就是一千年前的地球的样子。所以比光速快最少会看到以前不管那年的地球的样子。这个道理简单,太阳光来到地球为八分钟,那么你看到的是太阳八分钟以前的样子。所以地球的样子以光速往外走,而你的意识可以随便跑光的前面,利用量子纠缠我们可以随时知道过去地球的任何信息了。


育麟


当人达到光速飞行的时候,无论多远的距离,在感觉上都是瞬时到达,这个说法是不对的。

光速


光速是指光在真空或介质中的传播速度,真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度,达到约每秒30万公里。如果对于现在我们人类已到达的区域,相对于我们人类目前最快的速度来说,可以这样讲,人类感觉上都是瞬时到达。

但是,人类科技一旦发展到一定阶段,科学技术使飞船或者人类本身能够接近光速的时候,也就能够探测或殖民到太阳系甚至银河系以外更遥远的地方后,光速飞行对于人类来说,就不会有瞬间到达的感觉了。

再往大的说,相对于整个宇宙甚至人类未知的地方,人类就是研发出能够超过光速的飞行,也还是感觉到非常遥远,达到的时间很慢,更不会感觉到瞬时到达了。

无尽的宇宙


这个是时间,距离和速度的概念。就像是人类和蜗牛同时去一米以外的地方,蜗牛看到人类一步就到了,感觉到瞬间到达,殊不知还有比人类更快的。更像是井底之蛙一样,认为人类达到了光速就等于解除了距离的魔障。

宇宙大爆炸


hnyfkj


自从爱因斯坦创立相对论之后,我们的时空观彻底发生了改变。以光速不变为基础,时间和空间再也不是绝对的概念,而是与参照系的选择有关。对于不同参照系中的观测者,他们对时空的感知并不相同,尤其是在趋于光速的情况下。

与相对静止的参照系相比,运动速度越接近光速的参照系,时间过得越慢,空间越发收缩,这就是尺缩钟慢效应,具体公式如下:

其中ΔT和L分别表示运动参照系的时间和距离,Δt和l分别表示相对静止参照系对应的时间和距离,c表示真空中的光速。

从公式中可以看到,当速度趋于光速时,ΔT和L都趋于零。也就是说,在接近光速的情况下,时间几乎完全停滞,空间几乎完全收缩。

举个例子,现在的北极星(勾陈一)距离地球大约400光年,一艘从地球上出发的宇宙飞船以光速的99.9996875%飞向北极星。在地球上的观测者看来,宇宙飞船需要大约400年的时间才会飞抵北极星。然而,根据上式计算可知,在宇宙飞船上的观测者看来,从地球飞到北极星只要1年的时间,地球和北极星之间的距离大约只有1光年,尺缩钟慢效应十分显著。

倘若宇宙飞船飞到北极星之后,马上再以相同的速度飞回地球。当飞船抵达地球时,地球上的时间早已经是800年之后。然而,飞船上的时间才过了两年,飞船上的观测者会认为他们是在两年前离开地球。

如果宇宙飞船的速度更加接近光速,飞船上的观测者可能只需1天就能抵达北极星,地球和北极星之间的距离仅为1光天。如果宇宙飞船的速度无限趋于光速,无论去往何方,哪怕是数百亿光年外的遥远宇宙,飞船上的观测者都觉得只是一瞬间就会到达,因为距离收缩到趋于零。

不过,上述讨论忽略了一个很重要的问题,没有考虑到加速度(a)。如果宇宙飞船在极短时间内加速到亚光速,人类不可能承受住如此高的加速度。

在理想情况下,持续1g的加速运动是最佳选择——先以1g加速度航行前半程,再以1g减速度航行后半程。这样可以模拟出地球上的重力,使人类可以承受住漫长的太空之旅,并且也会有显著的时间膨胀效应。要知道,长期处于失重或者超重的环境对于人类身体是不利的。根据匀加速运动的相对论公式可得:

由此可以算出,宇宙飞船上的观测者会测出,他们从地球飞到北极星需要大约年的时间11.7年。再根据如下的公式:

可以算出,地球上的观测者会测出,飞船的飞行时间约为401.9年。另外,根据下式:

还能计算出,宇宙飞船在半程加速到的最快速度(vmax)为光速的99.998839%,并非是经典力学中所算出来的超光速。我们不能用地球参照系的距离除以飞船参照系的时间,得出超光速的结论。在计算时,时间和距离需要选择相同的参照系。


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