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发表于 2018-12-16 23:12:51
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当你以光速奔向比邻星的时候,这段路程以光速相对你运动,由于动尺变短的效应,在你看来这段路程远远不到4.2光年,你一瞬间就到了。但是到了之后,在地球上和比邻星上的人看来,已经是4.2年之后了,这是同时的相对性的原理,在你看来出发和到达几乎是同时的,在另一个参考系中的人看来却是相差4.2年之久。
顺便看到有人说双生子佯谬,其实这个解释起来也很简单,这是描述尺缩效应和钟慢效应时候的一个陷阱:
尺缩效应和钟慢效应,是通过一个“同时分布在整个参考系中的观察者”来得到的,换句话来说,它并不是一个人能观察到的效应,而是整个参考系里每个地方都站满了人,所有的人提前对好表,然后每个人只观察对象经过自己这个地方的一瞬间,再将所有的结果汇总得到的;而真正的观察者永远处于同一个地方,是做不到这样的事情的。当观察者所处的参考系改变的时候,“同时”这件事本身会发生变化,之前那个跟自己同时的观察者同伴会变得不同时,就不能再沿用之前的钟慢的结果了。这中间必须要考虑的重要因素是同时的相对性,简单来说,在参考系A中同时的两个事件,对于相对参考系A运动的参考系B来说,运动前方的事件先发生,运动后方的事件后发生。如果参考系发生变化,这两个事件的前后也会立即发生变化。
比如说,哥哥去做光速旅行,弟弟留在地球,哥哥以自己的视角看来,自己是嗖的一下就到比邻星了,没花多长时间;假设有一群哥哥的观察者同伴,都以相同的速度掠过地球,每个掠过地球的人记下弟弟当时的状态,就会发现弟弟受到钟慢效应的影响,时间过得比哥哥还慢。如果哥哥就这么一直运动下去,那么这其实并没有什么问题。
但是哥哥到达比邻星之后停了下来,在停下来的时候,之前和哥哥同时的那些想象中的观察者突然变得不同时了,而现在跟哥哥同时的观察者,在地球看来,整整晚了四年。
只是刹了个车就一下差了四年?
没错就是这样,但这是在“同时分布在整个参考系中的观察者”视角得到的结论,这基本上就是上帝视角,人是不会这么看的。由于距离相差也有4.2光年之遥,信号到达都需要4.2年,时间上究竟是同时还是不同时,对于个体来说是非常暧昧的一件事情。
在哥哥看来实际的情况是怎样的呢?自己体感时间没有多久,就到达了比邻星;如果弟弟还在不停向自己发送消息,那么自己甚至还能不断收到弟弟发来的消息,时间也是出发没多久;但是当哥哥到达比邻星之后回头一看,离弟弟已经有4.2光年之遥了,这说明,收到的弟弟发来的消息,虽然发送时间是刚出发没多久,但这居然已经是4.2年之前发来的了!这就意味着,这时候弟弟已经比自己多经过4.2年的岁月了。在这个过程中没有任何时间上突变的效果,只是哥哥对于两地之间的距离,从非常短的距离突然变成了4.2光年之遥,导致了对两者的同时概念的变化。
心急如焚的哥哥决定马上返程,发了条消息给弟弟说自己要回来了,然后立即光速返回。然而这时候,由于哥哥参考系的变化,跟哥哥处于同一参考系的“同时分布在整个参考系中的观察者”又发生了一次变化,这次,弟弟跑到了哥哥运动方向的前方,由于同时相对性的原理,这次在哥哥参考系中,跟哥哥同时的已经不是刚才的四年之后的观察者,而是又晚了4年之多,变成了8年之后的参考者了。哥哥感觉自己嗖的一下就又回来了,但是回来之后还是晚了8年,因为自己最快也不能超过跟自己同时的这个观察者同伴。当然这仍然是上帝视角。
从真实的哥哥看来,地球以光速向自己接近,由于地球发出的信号传播的速度跟地球接近的速度差不多,结果这短短一瞬间,自己一下子收到了弟弟在8年中发出的无数的信息,这感觉就像一分钟看完了弟弟8年的人生一样。这可以看成是弟弟一天发一条的消息被多普勒效应挤扁了,8年间的消息压缩到了短短一瞬间里面。当然哥哥到的时候,弟弟已经老了8岁了。
在弟弟看来呢?自己每天都给哥哥发消息,但一直都没有回应,一直到8年之后,突然收到消息是哥哥说自己要马上回来,然后刚收到消息哥哥就回来了。由于哥哥要回来的消息是从比邻星发来的,也就是说实际发送时间是4.2年前,所以哥哥其实用了4.2年的时间才回来,在弟弟看来也是很正常的事情。
用闵氏几何解释这个事情的确是更简单一些,不过能理解闵氏几何的还需要问这个问题吗……
要点总结:
对单个的观察者来说,只有同地的同时是有意义的;不同地的同时对于观察者来说是很暧昧的事情,会随着观察者的运动状态而剧烈变化。因此哥哥仅仅是在比邻星掉了个头这一瞬间和弟弟就产生了8年的时间差。钟慢、尺缩效应都是在上帝视角中才能观察到的现象。
不过,如果让对象保持运动状态,也就是总长度不变,然后让观察者在对象前方待机,然后从对象的头部一直观察到尾部,再将所有的同地观察的结果汇总起来,可以间接得到尺缩效应的观察结果,这个结果和上帝视角中观察到的结果是一致的。这也是为什么这个答案一开始可以用尺缩效应来解释光速旅行者体感时间非常短的原因,在光速旅行者看来,这段距离刚好符合我们这种观察方法。 |
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