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如果人类以光速旅行,不管多远的距离,感觉上都是瞬间即达?

简单的答案是这样的,光子以光速飞行,那么对于光子来说,它从太阳表面达到地球,然后被我们的眼睛或者探测器接收,这整个过程在光子眼里就是瞬间发生的。对于光子来说,它根本没有体验到从太阳到地球的这段旅行过程,因此它根本没有感受到时间流逝,换句话说,从光子的角度来看,从它诞生到被吸收是一瞬间完成的。

但在我们地球上的观察来看来,光子从太阳表面到地球需要约8分钟的时间,从天狼星到地球需要8.6光年,从遥远的星系到底地球需要数十亿光年,但这些距离对光子来说都是瞬间的达到的。同样的,如果我们人类能像光子一样以光速旅行的话,那么在我们的眼里,无论多远的距离都会被压缩到一个点上,而我们到底目的地也是瞬间完成的。为什么会这样呢?

在受牛顿绝对时空支配的低速现实世界中,我们很难去想象一个以光速旅行的物体,在它的眼里会看到什么。因为在现实世界中有质量的物体都受到了宇宙极限信息传递速度的限制,由于任何有质量的基本粒子都包含了信息,所以这些粒子都必须在低于真空中光速的速度下运行。

如果我们想要将基本质量粒子加速到光速,就需要无限的能量,而我们宇宙中的能量是有限的,所以不仅仅是我们人类无法创造光速粒子,就连宇宙中非常强大的“粒子加速器”,例如:黑洞物质喷流、伽马射线暴、超新星爆发这样的高能量事件,也无法创造出光速或者超光速粒子。

虽然我们无法通过直接观测的手段去观察超光速以后会发生什么?但是我们有很好的理论可以告诉我们一个超光速的物体会发生什么!

在牛顿的时空观里,时间和空间是两个孤立且绝对不变的事物,万物在空间这个大背景或大舞台上运动,空间不能改变物体的运动状态,反过来物体的运动状态也不会改变空间的形状或者结构;而时间是万物在空间中运动变化的过程,速度是万物在时间上变化快慢的物理量。时间跟空间一样,对任何运动状态下的观察者都以同样的速度流逝。

由于牛顿的时空观很符合我们在生活中所看到的现象,例如:你每天上学,从家里到学校步行需要走8分钟,当你到达学校时,在教室里的静止不动的老师也会认为你花了8分钟来到了学校,你们的手表都过了8分钟,你们也都老了8分钟。这一点在我们的生活中是绝对的真理,毋庸置疑,因此牛顿的时空观就统治了人类尽三个世纪。

如果牛顿的时空观符合宇宙的真实情况的话,那么光速有限且恒定这个真理就会出现问题。牛顿说,任何观察者下的时间都以同等的速度流逝,也就是说不管远在何处的观察者所经历的时间都是一样的,而且宇宙中发生的任何现象,在任何地方的观察者都是同时发生的。但真实的情况并不是这样的,例如:你拿一个手电筒在某一时刻打开,照向1光年远的观察者,如果远处的观察者想要和你同一时间看到打开的手电筒,那么光就必须是瞬时达到。

但实际的情况是,光速是有限的速度,因此在不同位置和运动状态下的观察者看同一件事物的话,那么它们的同时性就是相对的。如果任何运动状态下的观察者时间的流逝速度是一样的,那么光速就不是恒定的值,而是要符合简单的速度叠加原理。为什么呢?

这一点也很好理解,就要提到我们常说的光钟,看上图,一个光钟在运动状态和静止状态下,光子走过的路径明显不同,静止状态下光钟里的光子明显路径短;而运动起来的光钟光子走过的路径要长了许多。那么要想使得两个光钟的时间流逝速度一样的话,那么运动起来的光钟里的光子速度必须更快,才能在短时间内走完更长的路径。

所以说,一切的问题都出在了光子的速度是否是有限的,相对于任何运动状态下的观察者是否是恒定不变的。只要光速是一个有限且恒定的值,那么我们生活的宇宙就不符合牛顿的绝对时空观。关于光速的问题,我们人类在历史上进行了大量的探索和测量,尤其是到了20世纪,我们不仅准确的测量出了光速,而且通过迈克尔逊莫雷实验,也让我们知道了不仅光传播不需要介质,而光速相对于任何观察者无论何时何地都是恒定不变的。

根据这个结论,1905年爱因斯坦就顺势根据以上的思路提出了狭义相对论,为我们人类重塑了时空观,他告诉我们:时间和空间是一个具有弹性的整体,而且会根据事物运动的状态发生变化,时间膨胀效应和尺缩效应的根本原因就是因为在我们的宇宙中光速是一个有限且恒定的值。

如果我们将时空看作一个整体的话,就很容易理解时间膨胀效应,其实宇宙中的任何事物都一直在时空中以恒定的速度运动,如果一个事物在空间中运动速度为0的话,那么它就在时间中以正常的、恒定的速度运动,当一个事物在空间中产生了速度的话,那么它就会在时间的前进速度上往空间方向产生一个分量,导致了事物在时间中的运动速度变慢。

如果一个事物是空间中的运动速度达到了光速,那么它就在时间中的运动速度为零,也就是文中开头所说的光子的情况,光子在空间中运动速度为光速,那么它就感受不到时间的流逝。一个感受不到时间的事物,那么在它面前就没有所谓的速度和距离一说,在它眼里,想去任何地方都是瞬间即达,但在外部的观察者来看虽然它的时间为零,但是一样会经历以光速旅行的过程。

因此,如果人类能够以光速旅行,那么我们就会感受不到时间的流逝,没有时间那么去往任何地方对我们来说都是瞬时的。但是在外部的观察者看来,你还是会经历漫长的旅程,去往数十亿光年之外,等我们返回地球时,也许我们只觉得是一瞬间,但地球已经经历了数十亿年。

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