假如以光速離開地球,一小時後立馬光速返回,地球狀態如何?
這個問題有點意思。雖然說任何具有靜止質量的物體速度都不可能達到光速,但假如題主就是以光速離開地球,一小時後又馬上返回,地球狀態會怎樣呢?
估計題主潛意識中的想法是,時間膨脹將會造成地球上滄桑巨變,回來時早已物是人非,淚眼朦朧。可惜這個想法並不成立。
首先題主以光速離開地球,不管多久回來,在地球上的人看來,一小時就是一小時,不會發生任何變化。
其次,樓主坐著光速飛船,「咻」的一聲去了太空旅遊,滿心歡喜回來時就直接到了未來,享受科學發展帶來的美好生活。但千算萬算,就是漏算了一點,當他以光速飛行時,相對論時間公式的分母變成了零,這意味著他的時間膨脹(變慢)到了無限,已經沒有時間這個概念了,如果我們非要給他這時候處於一種什麼狀態下一個定義的話,我傾向於用永恆這個詞。如果我們能在地球上看到他,那麼他已經處於完全的靜止狀態,就像落入黑洞視界瞬間的宇航員,我們只能看到他永恆的背影。他的時間是永恆,他不可能知道一小時是多久,也就無法在一個小時後返回地球,除非他的速度降到光速以下。
當然以上都是基於一個除式分母為零的推斷,沒有任何意義,這種狀態在這個宇宙中是不存在的。如果題主換一個方式提問,比如:一個人以光速的百分之99.999999……離開地球,一個小時後立馬返回,地球狀態如何?那麼我們就可以根據他的速度,準確地推算他將在多少時間後返回地球,從而可大致預測地球那時會處於一種什麼狀態。
(sorry,在手機上只看到提問標題,沒看到問題後面的說明,有點答非所問了)
這隻能是一個思想實驗。因為有靜止質量的物體是無法達到光速的,質子這麼微小的物質都無法達到,人類更無可能。
理論上,一旦進入了光速的物質,在它們那個慣性系裡,時空就縮小到了一個0點,時間就處於停止狀態。他們並沒有痴呆,一切感覺正常。
這樣時間只能以觀測者參照系來計算,就是在地球上看的人計時2小時。如果飛船里的人按照地球時間把控1個小時去1個小時回,他自己感覺還沒有開始呢,就回來了。
而地球上的人作為觀測者參照系,會看到這個人兩個小時回來了,但由於光速太快,觀測者只會看到這艘飛船突然消失,突然又在原地出現。當然這是不考慮加速和減速過程,這種飛行是完全不存在的。
乘飛船飛行的人因為沒有消耗時間,所以會比地面的觀測者年輕了2個小時。
這就是所謂的尺縮鐘慢效應,也叫時間膨脹效應。在狹義相對論中,在不同的速度參考系,人們對時間的感覺是一樣的,時間依然一分一秒的流逝著。
但不同的參照系時間是不同的,速度越快的參照系中時間就過得越慢,但這種慢是相對低速系觀測者而言,他自己並不能覺察,只有兩個參照系會合後,才會發現一個更老了(低速系),一個年輕些(高速系)。
但這種差異只有在接近光速時才明顯,在一般的速度中很能覺察。比如一個人一生都在飛機飛行中度過,理論上他會比在地面沒坐交通工具的人要年輕,但這個年輕差距只有不到1秒鐘。
時間膨脹效應已經被科學家精確的驗證。在德國達姆斯塔市研究重離子的GSI亥姆霍次中心,物理學家們用鋰離子做了兩個「時鐘」,一個移動時鐘,一個靜止時鐘。
物理學家們通過將鋰離子加速到光速的三分之一,製作了移動時鐘,沒有移動的鋰離子就相當是靜止的時鐘。然後通過測量兩個「時鐘」的電子在不同能級之間的跳躍,對比兩個「時鐘」所測得的數據,就精確的得到了時間膨脹的數據。
這個成果比過去研究精確度提升了50-100倍,又一次證實了狹義相對論關於時間膨脹理論的無比正確。很多國家的實驗室都做過這種類似的實驗,國際空間站上也通過太空原子鐘群體實驗對這個理論進行精確的驗證。
時間膨脹效應已經運用到了各種科學技術的開發中和我們的日常生活中,沒有這個理論,我們的生活將變得很不確定。全球定位系統(GPS)衛星實際上就是軌道上的時鐘,在GPS軟體分析導航信息時,必須把極小幅度的時移考慮在內。每個 GPS 衛星時速為 1.4萬千米,根據狹義相對論,它的星載原子鐘每天要比地球上的鐘慢 7 微秒。
只有根據狹義相對論理論對這種時移進行精確的調整,我們今天的定位系統和天上人間的時間才能夠得到統一,我們的手機定位和導航才能夠精準,否則就會失之毫釐謬之千里。
尤其在星際遠航中和太空觀測中,時間膨脹效應具有更重要的意義,如果忽略掉了這個因素,所有的數據將謬誤百出。
現在一些人拿著反智反科學當聰明,不但否認狹義相對論,否定時間膨脹效應,甚至否認時間的存在,他們連時空是個啥東西都沒有一個概念,就敢反對相對論,實在是可笑可悲可憐可惡。
時空通訊觀點,歡迎點評討論。
【維權騎士】版權保護之原創作品,若有需要請聯繫作者本人授權,侵權將受到追究。懇請支持和理解,謝謝。那麼多人都假設「光速飛行會怎麼樣」,因為這種問題確實挺吸引人的,因為接近光速和達到光速的時候確實可以發生一些很有趣的事,例如像是時間膨脹效應、尺縮效應、質增效應等,這些都是在日常生活中很難理解的。先不管能不能達到光速,就以問題為例根據狹義相對論來解答一下。
首先來簡單說一下狹義相對論效應,這樣可以幫助大家更好的理解。我們知道根據狹義相對性原理,慣性系是完全等價的,在同一個慣性系中,存在同一時間,稱為同時性,而在不同慣性系中卻沒有統一的同時性,這就是同時的相對性。簡單點說就是在不同的慣性系中時間進度會不一樣,運動的鐘比靜止的鐘走的慢,而且速度越快,鍾走的越慢,接近光速時候,鍾幾乎就停止了,這樣的理解問題就容易多了,現在就可以回答問題了。
如果飛船以0.99999999C速度飛行,飛船上的人感覺來回用了兩個小時,那麼當他回到地球的時候,地球早已是滄海桑田,不知道過來多少億年。而當飛船達到光速的時候,時間可以說已經完全靜止了,說他已經感受不到時間流逝,或者說時間對於他來說已經不存在了。
如果是飛船以0.99999999C速度飛行,地球上的人感覺飛船來回用了兩個小時,而對於飛船上的人看來,可能就是一瞬間的事,而當飛船達到光速的時候,時間對於飛船上的人來說已經完全靜止,地球上的人來看飛船一來一回經歷了兩個小時,而相對於飛船上的人說可能飛船根本就沒有動。
要想明顯看到狹義相對論中的時間膨脹效應,只有達到亞光速可以看得到,而相對於我們的低速,只有藉助更加精確的儀器才能看得到。而究竟達到光速會怎麼樣,我們不得而知,只能根據狹義相對論的原理去進行一些相關推測。
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在愛因斯坦的相對論沒有出來之前,這個問題毫無疑問誰都知道就是過了兩個小時而已,即使到現在為止牛頓的絕對時空觀也是深入人心的。
但現在我們知道了時間是相對的,無論是物體的運動速度還是引力的大小都可以影響時間的流逝速度。而對於這個問題要用狹義相對論的時間膨脹膨脹效應來解釋。首選來說有靜止質量的物質達不到光速,那就假設離開地球的這個人是無限接近於光速的,雖然技術上達不到但是理論上可行。
假設這往返兩個小時的時間指的是地球上的時間在這種情況下一個人以無限接近於光速的速度離開地球,之後返回地球,一共用了地球上的兩個小時的時間。那麼地球上就是過了兩個小時而已,而這個人由於以接近光速的速度離開的,所以時間流逝速度極慢,對於他自己來說可能就經過了0.0000000~00001秒。
假設這往返兩個小時的時間指的是這個接近光速飛行的人的時間根據狹義相對論我們知道運動速度影響了本身的時間流逝速度,也就是這個接近光速飛行的人的時間流逝是極其緩慢的,趨近於停止了。如果按照他自己的時間過了兩個小時,那麼地球上可能經過了兩千年、兩萬年、兩億年早都是滄海桑田了。
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不知為何有如此多的問題熱衷於光速飛行甚至超光速飛行。愛因斯坦的相對論早就明確表明,任何有靜質量的物體都無法達到光速,更別提超越光速了!
既然是「假如」,那就跟著問題一直假設下去。首先問題中的「一小時」有歧義,是指光速飛行的飛船上的一小時,還是地球上的一小時呢?
如果是地球上的一小時,問題就很簡單了,離開一小時,返回一小時,返回後還是兩小時後的地球,這沒有什麼疑問!
所以,相信問題中的「一小時」應該指的是飛船上的一小時,也就是說,飛船光速飛行一小時後馬上返回地球,地球狀態如何呢?
地球早已不復存在,或者說飛船再也回不到地球!
因為根據愛因斯坦的狹義相對論,速度越快時間越慢(時間膨脹效應),如果飛船能達到光速,飛船相對於地球的時間流逝速度為零,也就是說飛船上的時間完全靜止,而相對的,地球上的時間無窮快地流逝!
所以說,飛船再也回不到地球了,因為飛船上度過一小時之後地球本身也將不復存在!
愛因斯坦提出的「鐘慢效應」快被大家玩壞啦,哈哈。
隔三差五就會看到類似的問題,有關於光速和時間關係的思考,的確很燒腦。
首先,大家要先確定一個事實:常態物質無法達到超光速或等光速。一沒有那麼大的趨動力,二速度過快,物質會自燃或解體。三即使有飛船達到光速後,人類就會失去觀察目標。
回到這道題本身,暫且把它當作一個純思想實驗,忽略實際可行性。
理論上,若有物質運動速度達到光速,時間就會停止。與物質運動絕對靜止從而時間停止的想像不同。時間本身就是用以描述物質運動的度量概念,物質運動絕對靜止,自然任何用以度量時間的參照系也靜止,時間停止。而物質運動速度達到光速後,參照系同樣會被同一化,處於光速運動中物體無法找到參照系,所有運動外的物體都突然間相對消失了。
因此,如果有飛船或任何東西以光速離開地球後,它是無法在一個小時後再回來的。因為它無法定義一個小時的節點。
所以,若有一個小時的概念,就只能是以地球為觀察點計時,一艘飛船以光速離開了,兩個小時後,地球還是地球。飛船杳無音訊。
或許有人說,就算失去時間概念,還是可以用量子通訊進行適時溝通的啊。
那麼一個小時後,地球呼叫飛船:「一個小時已到,請返回。」
……………………
一直等,沒有迴音。
如果以現在對光速的理解,人類發出的訊息速度追不上飛船。
如果以量子糾纏態的理解,地球上留下能與飛船進行超距感應的東西。那麼你會發現那個東西也突然消失了。
承如提問者所言,以光速離開地球一小時然後再以光速返回地球。在此,我們不去考慮此事可能不可能的問題,而是假設它完全可能。那麼在這種情況下,以地球人的眼光來看,飛船回到地球正好兩小時;而根據廣義相對論,飛船上的人感覺只是一瞬間,這就是所謂的光速情形下時間的膨脹效應。也就是說,飛船上的人感覺時間變慢了。
當飛船以光速離開地球的時候,地球人看到的飛船是以「慢鏡頭」的現象離開地球的。飛船以光速飛離地球,到達一光時遠的地方,雖然耗時一小時,但在地球人看來,整個過程持續了兩小時。我們來分段分析這一過程,當飛船到達一光時遠的地方後,這時地球人看到的是該飛船剛剛到達離地球0.5光時的地方,然後飛船以光速經一個小時返回地面,這一小時的返程時間在地球上的人看來正好是飛船從0.5光時到一光時的影像,也就是說,當地球人看到飛船到達一光時遠的地方的時候,飛船已經返回到地球了。因此整個返回的過程地球人是看不到的,或者說在地球上的人看來飛船整個返程只是瞬間的事情。換個思維方式,飛船以光速離開地球到一光時遠的地方,然後以光速立即返回地球,這在地球人看來,飛船是飛了兩個小時才到達一光時遠的地方的,而當兩小時結束的時候,飛船卻突然出現在了地球上人們的面前。
光速視覺效果就是這麼的神奇!
很多人都喜歡討論光速或者超光速的問題,刻意忽略愛因斯坦的相對論不允許出現達到光速的問題。這裡既然由此一問,我們也就稍微探討一下超越相對論的光速領域。
因為相對論只能夠適用於光速以下的時空,所以如果出現光速運動的物體,那它就不在相對論甚至整個物理學的描述範圍內了。故而,我們只能夠進行一些合理的猜想或者猜測:
如果有質量物體速度達到光速,那麼時間對他就沒有任何意義,即超脫了我們的時空。相對論認為速度越快,時間越慢。當速度無限接近於光速是,時間幾乎靜止。那麼再進一步速度達到光速,愛因斯坦的相對論無法給出答案。不過,我們可以進行類似於函數的解析延拓進行推理,結果就是光速時時間靜止。但是這樣會產生嚴重矛盾:如果時間靜止,那飛船上的人和一切物質不就完全停止運動了嗎?這和不確定性原理相互矛盾。而且,停止一切運動不就是死了嗎?
所以,這裡不能理解成時間靜止,而應該理解成時間不存在了,即不論飛船裡面的人做什麼,都不會影響他的存在;時間對他來說就好像不存在一樣,他可以萬古長存,永遠不會衰老。那麼再進一步設想,時間不存在,不就意味著他超脫了我們的時空嗎?就像<星際穿越>裡面的男主角,落入黑洞之後進入了高維,發現這裡時間已經實物化了,他已經超脫於時間維度之外,甚至可以操控時間。
所以,最終以光速飛行的人會進入到一個類似於<星際穿越>的黑洞時空裡面,這裡他完全不受時間影響。他可以隨意選擇自己的2小時是多長,可以隨意翻看地球時間,雖然不能夠回到過去,但是卻可以選擇回到地球時,地球已經經過的時間。這個時間可以是1小時,可以是2小時、5小時、1年、5年、100年、1000年、1萬年、無數年等等。
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假如以光速離開地球,一小時後立馬光速返回,地球狀態如何?
看來大家對光速飛行還是非常感興趣,從這個問題來看,其實題主問的有兩種含義,第一種是地球上一小時後返回,另一種是光速飛船里的時鐘過了一小時後返回!不要以為這兩個問題可以合二為一哦,不但不能合併而且完全是兩個結果差異巨大的問題!!
首先我們來看看以地球上看來一小時後會怎樣?其實從地球上看來一小時就是一小時,不會多出一分鐘,也不會少了一分鐘,回來說不定地球上的人已經吃飯中飯了.......
那麼在飛船上一小時後地球會怎樣呢?理論上光速飛船中的時間會被拉長至無限長,這個時間對於地球上的人來說已經趨於無限長,但飛船體系中的時間還是一樣過的,但每一秒對於地球都等於無窮的時間,因此如果飛船體系中的時間如果過去一小時的話,地球上也就過去了無數個被拉長至無限長的一秒而已!
因此等飛船上的乘客看著時鐘過了一小時後回來時,他們會發現地球可能找不到了,太陽系也許早已繞了銀河係數十圈,要命的是太陽也許都已經成了白矮星!因為被拉長至無限長的時間根本無法計算地球體系時間過了多久,一百年或者億年甚至更久都有可能!
那麼還想嘗試不?
首先,根據愛因斯坦的物理理論。當你的速度到達光速,那麼你的時間和地球上的時間也會發生變化,既你的時間會變慢。既然如此的話,那麼就有兩種可能了。
第一種可能:以你的時間來算。『這裡需要說明的是,當你到達了光速狀態,你的時間體系和地球上的時間體系已經完全是不同狀態了,也就是說你在光速狀態下,你的時間和地球時間是不同的,你的時間會變慢,而地球時間則還是正常狀態。為什麼要特別說一下呢,因為很多人沒搞明白什麼意思』也就是說如果你以光速飛出地球一小時,『注意了,這裡的一小時是你手上的手錶過了一小時』然後立馬返回地球。那就是當你到達地球的時候,你的手錶才過了兩個鐘頭。比如你七點出發以接近光速飛出地球,一小時後返回,那麼當你回來時,你一看手錶已經九點了。但是由於你是光速飛行了兩小時『這裡的兩小時是你在光速下飛行的時間,來回是兩個小時』,根據愛因斯坦的理論,你的時間變慢了,僅僅只過了兩小時而已,而你也由於處在光速下,也感覺才過了兩小時而已,但是地球由於相對你的光速來說處於靜止狀態『當然了,地球自轉公轉速度相對光速可以忽略不計』,你以光速飛行兩小時,你的時間變慢了『時間膨脹效應,到達光速,你的時空和地球已經不同』,所以才過去兩小時。但地球是靜止的,地球的時間和你的時間已經不同了,地球時間相對你變快了。所以當你回來,你會驚奇的發現,地球可能早已經過去了幾十萬年。這就是愛因斯坦奇妙的理論。這種理論今天已被證實。將兩個一模一樣的原子鐘,一個放在地面上,一個放到飛機上。飛機飛幾小時再回來,會發現飛機上的原子鐘慢了幾萬分之一毫秒,因為飛機上的原子鐘相對於地面靜止的原子鐘,飛機是有速度的,雖然沒有達到光速,但是也對原子鐘產生了影響,飛機上的原子鐘變慢了,雖然變慢幅度很小。還有就是衛星上的時鐘每隔一段時間就要和地面同步校正,這是因為衛星運行速度相對於地球是很快的,久而久之,衛星上的原子鐘就會變慢,不得不和地面校正。這說明,你的速度越快,你的時間就會走的越慢,當你到達光速你的時間就會靜止。當然了愛因斯坦認為沒有東西可以到達光速,你最多只能無限接近於光速,所以你的時間並不是靜止不變。所以你光速飛出去一小時然後再回來,而你僅僅只過去了一小時,地球上卻早已經過去幾十萬年。當然了,地球上具體過去了多少年,還要看你速度是否更接近光速來算。如果你百分百到達光速,那麼你的時間就會靜止不變,就沒有光速飛出去一小時兩小時之說了,因為你百分百到達光速,你的手錶上的時間根本就不再走,因為你的時間靜止了。但是地面上觀察你的人,由於他們不是處於光速狀態下,他們的時間依然會流逝。所以當你一瞬間回來後,有可能太陽系早已毀滅沒有了。
第二種可能:以地球的時間來算,比如你在地球時間七點以光速出發,然後地球時間八點就趕緊通知你回來,你回到地球,就會很懵逼啦。這是咋回事啊,怎麼我剛聽到出發就讓我返回啊?你會很奇怪,但是實際上地球已經八點了,已經是一個小時後了。這也是由於因為你是光速飛行,所以你的時間相對地球會變慢,你看一下手錶,雖然地球上已經八點了,而你的手錶很有可能才過了一秒鐘不到。因為地球是相對你靜止的,所以時間還是照常過了一小時。而你的時間,由於你到達了,或者接近了光速你的時間僅僅過了一秒鐘不到,也就是說你是一秒後的你,而地球則是一小時後的地球,相當於你多活了一小時。這就是時間膨脹現象。感覺很奇妙吧。。有人曾經想靠坐飛機來實現長生不老,但是飛機速度相對於光速很慢,所以你即使從出生到死亡都在飛機上,一百年才不過賺得零點0.000幾秒,那相當於沒有。但是愛因斯坦認為,任何物體都到達不了光速,只能無限接近於光速。光速是因為光子生來就是那個速度,而不是後期慢慢加到那個速度的。愛因斯坦的相對論等理論顛覆了一般人對於物理學的普遍認知,其理論很難理解,據說當年世界上只有兩個人可以懂。即使今天,愛因斯坦的理論也有很多人不理解,但是愛因斯坦的理論,絕大多數已經被證實,例如時間膨脹效應,引力波,以及關於重力可以扭曲時空等理論都已被證實。我們往往對ufo等不明飛行物為什麼來去自如很奇怪,但是我們連地球人愛因斯坦的理論都不能完全理解的話,又怎會懂得更深奧的科學呢?!
當然,有興趣的朋友,可以看一下中央十以前探索發現秘境追蹤關於愛因斯坦相對論的紀錄片還是很好的。
『忘川星玉』
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