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太阳与地球之间的平均距离为1.5亿公里,光速每秒30万公里,这样计算下来,太阳光从太阳到地球大约需要8分钟。
本来这并没有,就是简单的数学计算,距离除以速度。但是,这种方式计算出来的时间,是以人类的角度来计算的。也就是说在人类看来,太阳光到达地球需要8分钟。
但是,如果太阳光有意思,它肯定有话要说了:我自己飞到地球,干嘛要看你们人类的脸色?我自己难道不知道用了多长时间吗?
不过说到时间,太阳光就会一脸懵逼:等等,什么是时间?
听到太阳光问这样的问题,很多人可能也会跟着一脸懵逼:什么?你连时间是什么都不知道?
你没看错,光确实不知道时间到底是什么,因为在光的眼里,根本就不存在时间这个概念。
到这里,可能你越看越糊涂了:时间不是无处不在吗?怎么到了光那里就不存在了呢?
且听我慢慢分析。先来个思想实验。
假设你工作地点距离你家10公里,你开车过去需要20分钟,当然这里的“20分钟”是你的计时。
可能你会问:为什么特意强调是“我的计时”呢?难道别人的计时就不是20分钟了吗?
的确,在外人看来,你到工作地点也需要20分钟。
其实这就是牛顿力学体系的基础:绝对时空观,强调时间和空间是绝对的,两者是孤立存在的,对于任何人来讲,时间和空间都是一个绝对不变的量,时间都会以绝对不变的速度流逝。
如果时空真的是绝对的,那么光速就不可能是一个常数,相对论的基本前提之一“光速不变原理”就不存在了,也就不可能有相对论了。
爱因斯坦在以“光速不变原理”和“相对性原理”为基础提出相对论后,彻底打破了牛顿的绝对时空观,提出了相对时空观,认为时间和空间都是相对的,两者是有机的整体不可分割,速度会影响时间和空间。
光速不变原理,意味着光速的绝对性,不管一个物体的运动状态如何变化,观察到的光速都保持不变。比如说,哪怕你以无限接近光速的速度追赶一束光,在你眼里,这束光的速度仍旧是光速。
说白了,光速与任何速度叠加之后仍旧是光速。
也就是说,哪怕我静止不动,你以0.99倍光速飞行追赶一束光,我和你看到这束光的速度也是相同的,都是光速。
你可能会很不服气:我已经跑这么快了,努力追赶那束光,你静止不动,结果我们两人与那束光的相对速度竟然都是光速,合着我白跑那么快了!这不公平,我抗议!
我只能说:抗议无效!光速就是那么霸道。
但也就是因为光速就是那么霸道,为了迎合霸道的光速,你和我的时间和空间就不能完全一样,否则你我眼里的光速不可能是一样的!
光速的例子可能不太好理解,用低速世界打比方就更好理解了。
比如说,一辆火车以时速100公里的速度行驶(相对地面),我静止在地面上,你在地面上以时速20公里的速度与火车同向奔跑,你和我看到的火车速度竟然是相同的,都是时速100公里。
这意味着什么?
既然你我在不同的速度下观察到相同的火车速度,那么你和我的时间空间肯定不一致,只有这样,才有可能看到相同的火车速度。如果我们的时间空间都绝对一致,看到的火车速度肯定不一样,因为我们两人的速度不一样。
看起来有点绕嘴,但其实并不难理解,仔细品品就明白了。
我们现实中看到的火车速度肯定是不一样的,这里只是借助低速世界来通俗间接理解光速不变原理。
当然,我们也可以借助光速不变原理,用数学手段更严谨地计算出时间膨胀公式和尺缩效应公式,过程并不复杂,这里就不再详述了。
时间膨胀效应和尺缩效应是同时出现的,两者其实是等价的,因为时间和空间是一体的,两者不能分割。
同时,任何事物不仅在空间维度移动,也同时在时间维度移动,我们平时所讲的速度都是指三维空间的速度,而不是四维时空的速度,其实两者有本质区别。
宇宙万物都在四维时空中运动,在空间的速度与在时间维度的速度有某种特殊关系。当一个物体在空间维度速度为零,也就是平时我们所讲的静止不动,那么该物体在时间维度就会以光速运动,时间维度的速度是最快的。
而如果一个物体在空间维度有速度,这个速度其实就相当于时间维度的速度产生了一个分量,结果就会导致时间维度的速度变慢。
说白了,时间和空间维度的速度会完美“协调”,就像两个物理矢量那样,最终合成的速度保证是光速!
空间的速度(也就是我们平时所讲的速度)越高,时间维度的速度就越低,意味着时间越慢。反之,速度越低,时间维度的流逝速度就越快。当速度最低时,也就是平时我们所讲的静止不动,时间流逝得最快,也就是光速。
言外之意,宇宙万物其实时刻都在以光速飞行!注意,这里的“光速”指的是四维时空的速度,而不是三维空间里的速度。
按照狭义相对论中的时间膨胀效应,当一个物体的速度无限接近光速时,时间就会趋于停止,如果速度达到了光速,时间就静止了!
当然,所谓的“达到光速,时间静止”这种说法其实是不严谨的,因为光速飞行的物体,比如说光,已经不能用狭义相对论去解释了,狭义相对论只能解释低于光速的物体的运行规律,一旦达到光速就不归相对论管了。
所谓的“达到光速,时间静止”只是通俗的说法,我们当然可以这么简单理解。但更严谨的说法是“达到光速,就不存在时间了”!
这也是为什么一开始我会说“在光的眼里,根本就不存在时间概念”。你向光去解释时间,就如同向人类解释一种不存在的颜色一样,没有意义!
光的眼里由于不存在时间概念,当然意味着光无论飞行多远的距离,都不需要时间,或者通俗来讲“都只需要一瞬间”,哪怕是宇宙的边缘,光也可以瞬间到达!
完。 |
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