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光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

由 科學翻譯官 發表于 舞蹈2023-01-26
簡介飛船開掛達到光速假設飛船開掛了,速度達到光速,我們可以透過”鐘慢尺縮“效應推匯出時間為0,空間為0,即時間靜止、時空縮為一點

相對論鐘慢尺縮怎麼理解

(一)靜質量不為0的物質達不到光速,所以飛船達不到光速。(推導)

(二)高速飛行的飛船相對時間會變慢。(理論與推導)

(三)假如飛船可以達到光速,時間的確可以相對靜止。(理論與推導)

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

為什麼飛船達不到光速?狹義相對論質增效應

動質量m 靜質量m0 光速c=30萬km/s

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

低速狀態v太小,c太大,所以v^2/c^2非常非常小,可以忽略不計了,所以m=m0

當v接近光速時,

v = c/2 m = 1。2 m0

v = 0。9c m = 2。3 m0

v = 0。99c m = 7。1 m0

說明飛船的速度越接近光速,加速度越大,動質量越大,使其加速的能量就要越大。

當v=c時,分母為0,

根據數學洛必達法則,0/0型不定型極限,要求分子必須為0才能成立,即靜質量m0為0。

所以如果一個物體的靜質量不為零,你就永遠不可能把它加速到光速。

當飛船高速飛行時

如果一艘飛船接近光速,地面上的人可以觀察到飛船內的時鐘,會走得比地面上的慢,這就是狹義相對論的鐘慢效應。(假設地面上的人有千里眼,能觀察到飛船內的時鐘)

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

假設地面和飛船各有一個拿著計時器。兩個同時啟動,當地面上的計時器過了60分鐘,會發現飛船裡的小於60分鐘,可能只有半小時。具體多少分鐘取決於飛船的速度。

想象一個畫面:假設飛船裡的人勻速拍手,拍一下“啪”是一秒。拍兩下“啪啪”是兩秒,三下“啪啪啪”,3秒。

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

當飛船高速飛行時,地面上的人聽到飛船裡是這樣的:“啪~~啪~~啪”,感受一下不同的頻率,拍三下實際上飛船裡過去了3秒,而地面上好像是把影片調到了0。5倍速過去了6秒。(假設能聽到)

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

再說一個,比如飛船上有個人正在練武術

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

地面上看到船艙裡像在打太極(感受下地面與船裡的不同)

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

如果你看完圖理解了,就可以知道,其實飛船上的人並沒有感覺到時間變慢了,感覺變慢的是地面上人。狹義相對論的兩個前提是:兩個相對的等速的慣性系和光速不變原理,自己開著飛船,是感覺不到時間變慢的。

用一個簡單粗暴的方法推導一下地上時間和飛船上的時間的關係

一艘速度為v高速飛船,飛船上有燈。靜止時,燈從頂部射到底部,需要時間t,以速度為v飛行時,在A點開啟燈,行駛到B點,燈正好射到底部,需要時間t‘。可以推出,燈光實際執行距離為斜線距離ct‘,靜止時船頂到船底距離ct,飛船行駛距離vt’

然後勾股定理計算(為了容易理解而已,專家別較真勿噴)

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

透過公式可以發現當飛船速度

v

越大,分母越小,

t'

相對於

t

就越大,飛船上的鐘走得就越慢。

光速為常數c=300000000m/s,人類最快的火箭16000m/s,代入v^2/c^2的結果都可以忽略不計,可得結果為

t=t'

。因此人類生活中,時間不會因為速度有所變化。

當然愛因斯坦可不是透過勾股定理把狹義相對論推匯出來的。實際上“鐘慢尺縮“效應是源於荷蘭科學家洛倫茲透過兩個相對運動慣性系、光速不變以及微積分推匯出來的。中間過程極其繁瑣,不易理解。這裡不做推導。

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

簡易的勾股定理有很多漏洞,但便於理解。不深入的話,最終的公式結果是一樣的,適用於科普。

飛船開掛達到光速

假設飛船開掛了,速度達到光速,我們可以透過”鐘慢尺縮“效應推匯出時間為0,空間為0,即時間靜止、時空縮為一點。當然前面說過了,靜質量m0為0時,才有可能,飛船達不到光速。

光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論

總結:狹義相對論不是說你快了,你的時間慢了。而是飛船對應的慣性參考系下的人看你變慢了。不管你在哪,有多快,你該活多久還是活多久。