時間在任何情況下的流逝速度都相同嗎?答案是否定的 19世紀末到20世紀初,隨著"以太"的破產和麥克斯韋電磁理論的大規(guī)模應用,身處瑞士專利局的小職員愛因斯坦,用"光速不變且不可被超越"重新審視了我們的宇宙,發(fā)現"時間"其實并不客觀,它在近光速運動狀態(tài)下,以及強引力狀態(tài)下,流逝速度是要遠遠慢于地球上的,而對于達到光速的光子來說,時間對它來說甚至根本不存在。 宇航員難題一名宇航員以光速或者近光速離開地球一年后再返回地球,根據常識,宇航員離開地球再返回地球用了兩年時間,地球上也應該過去了兩年時間,但根據愛因斯坦的相對論,宇航員再返回地球后,地球上其實已經過去了億萬年,甚至考慮到太陽系本身的運動,地球早就不在原來的空間位置上了。 因為在相對論中時間是相對的而不是絕對的,雖然靜止質量不為零的物體無法達到光速,也無法讓時間真正停下來,但飛船在接近光速的過程中,也會因為參考系的運動速度增加,而導致參考系下時間流逝速度變慢,也就是"速度越快,時間越慢" 如果宇航員離開地球與返回地球時的速度都是0.99倍光速的話,等他回到地球后,地球上其實已經過去了14年,而如果飛船的速度是0.99996247倍光速的話,時間就會膨脹到"天上一天,地上一年"的程度,因此宇航員回到地球后,地球上就會過去730年。 引力也能影響時間?在硬科幻電影《星際穿越》中,主角一行人在黑洞旁邊的星球上進行任務時,時間被旁邊的老年黑洞"卡岡圖雅"嚴重扭曲,達到了"一小時七年"的程度,所以最后男主再見到他的女兒時,自己依舊是當年出發(fā)時的樣子,女兒卻垂垂老矣。 20世紀以來,不斷發(fā)射的人造衛(wèi)星和飛機原子鐘實驗,都證明了"時間流逝速度取決于物體運動速度,運動速度越快,時間越慢",但在后來的廣義相對論中,引力也成了影響時間流逝速度的原因之一。 引力變遷史牛頓是第一個對引力現象進行總結歸納的物理學家,但他并不知道引力是如何產生的,只知道質量越大引力越大,直到愛因斯坦用黎曼幾何"支撐"住自己的廣義相對論后,"引力是由質量扭曲時空造成的幾何跌落"這一解釋,才被科學界接受。 但作為和相對論齊名的現代物理學另一個支柱,量子力學認為引力并不是由質量扭曲時空產生的,而是和其他三種基本作用力一樣,是由名為"引力子"的基本粒子交換產生的,但遺憾的是直到今天物理學家們都沒能在對撞擊里找到引力子,所以目前引力的標準解釋還是以廣義相對論的表述為準。 不過量子力學與相對論在引力上的矛盾也證明了,這兩個理論遠不是物理學的終極理論,在它們之上一定有更完善的理論在"統(tǒng)御"著他們,也就是愛因斯坦晚年一直在努力構建的"統(tǒng)一場論"或者說"大統(tǒng)一理論" 人類真的能達到光速嗎?在《三體》中人類乘坐能達到光速的20%的核聚變飛船時,需要在船艙內灌滿深海液來抵御加速度帶來的傷害。 而從現實角度出發(fā),就算未來真的出現了能以近光速飛行的飛船,人類的肉體凡胎也會加速度而被壓成紙片人,所以未來真正能讓人類以近光速遨游宇宙的絕不是飛船技術,也不是能源技術,而是空間技術。 根據廣義相對論,我們所處的宇宙時空是能被質量任意扭曲的,黑洞就是質量扭曲時空到極致的產物,連光都無法逃脫它的引力深井,現代物理學認為人類可以用"奇異物質"或者說"負質量"來把兩個相隔千萬光年的星球連接到一起。 這種被稱為"蟲洞"的時空技術,才是最適合人類文明探索宇宙的技術。 |
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