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延年益寿的秘笈:时间膨胀

“运动的钟变慢,运动的尺变短”,这句话对于稍微知道点相对论的人来说,再也熟悉不过了。

人们都想活的更久些,甚至可以长生不老。在古代,为了追求长生不老药,古代皇帝付出了极大的代价,而最终却一药难求。跟大家分享一个可以让你长寿的武林秘籍,不需要多大代价,看完本文你就明白了。

好了,肃静,我要开始炼丹了。。。

在狭义相对论效应中,时间膨胀是一个特别拉风的结论,也是争议最大的一个结论,反对相对论的人也大都从这个效应入手。所以,这个效应呢,我们多说点。

时间流逝与运动速度密切相关。所谓的时间膨胀,就是运动能把时间拉长。运动速度不同的物体,其时间流逝也不相同。运动速度快的,时间流逝就慢……

喂,还没说完呢,你跑那么快干嘛?

哈哈,我想到一个延年益寿的秘笈:只要不停运动,时间就比别人过得慢,这不就是长寿了?

唉,你总是在别人话没说完时就猴急着下结论。好吧,那你打算怎么运动呢?不是就这样一直跑下去吧?

你想累死我啊。可以坐火车坐飞机嘛!

嗯,想法不错。不过,你有没有想过,古往今来,人们经历过各种运动,骑马跳崖骑车坐火车乘飞机……为何自古以来就没人感觉到时间会变慢哪怕一丁丁呢?

看在咱俩都是地球人的份上,我告诉你吧!

那是因为,在我们生活的世界里,大家之间的速度差太小。

即使我坐这儿不动,你以猎豹的速度跑到吐血,咱俩的速度也就差区区31米/秒;换你坐那儿不动,我开布加迪威龙,一脚油门踩到底,咱俩的速度差也只有区区113米/秒。就算是飞机的速度,放在洛伦兹因子里,替换那个v,把它平方后,再除以C的平方,你也会得到一个让你绝望的数字,小数点后8位数都是0,第9、10、11位都是1。是不是不忽略也可以不计?

小爱在《论动》第4节中指出,放在赤道上的表就比放在两极的表走得慢些,只不过差别十分微小。而要测出我们能够感知的时间流逝差,须接近光速运动,或者长时间的积累才行。

这个长时间不是我们平时以为的几天几年或几十年,而我们的寿命一共也不过100年以内,所以,“长时间的积累”这个我们等不起,我们只能在速度上做文章。

关于你利用运动来延年益寿的可行性方案,我们在后面的实验里再详细计算、讨论。

刚才说过,批驳相对论的人,很多是从时间膨胀效应入手,概括起来,有这样几类:

有人认为,时间膨胀只是观测上的效应、或者校时信号时差的效应、或者数学计算上的效应,而不是物理上的实际效应。

有人认为,运动带来的时间膨胀会产生逻辑上的悖论,静系和动系,你看我的时间膨胀了,我看你的时间也膨胀了,因为运动是相对的,任何一方都可以把对方看做运动系,都膨胀,就不存在膨胀了。

还有人更绝,把相对性引申到任何现象,来证伪相对论,他们认为,既然叫“相对”论,那么任何一个事物与其他所有事物都是相对的,只要一例不相对,相对论即被证伪,按这种说法:你吹大一个气球,宇宙如果不相对这个气球变小,那就是相对论错误,如果这个气球被你吹爆了,宇宙不相对它反爆一下,那就是相对论的大错误;你被晒黑了,宇宙不相对你变白了,那么,你晒晒太阳就是为相对论敲响了丧钟。

这种不探讨理论内容,只在理论名称上咬文嚼字的反驳实在是很浅薄,不值一提,却也能蒙骗不少人。

这种逻辑告诉我们:如果实验证明不了时间膨胀,那么相对论就是错的,因为你拿不出证据;如果实验证明了运动会使时间膨胀,那么相对论也是错的,因为你能测量出某物膨胀,就证明这个膨胀不是相对的。

咦?这种逻辑的玩法怎么这么眼熟?

嘿嘿这个这个……

作为一个文盲,俺不想加入争论,但俺想说的是,破旧立新,应该像当年的牛顿和麦克斯韦那样,用无可辩驳的实验、预言、观测及应用成果来说话。你的理论不论多么华美诱人,你的反驳无论多么雄辩巧妙,它与观测事实不符,它拿不出实际成果,我也只能说,那不是科学理论,也不是科学态度。

从相对论和量子论不相容这点来看,二者都不是最终的真理,它们只是较经典物理而言,更接近真理,最终将被大统一理论推翻,但它们绝不会被文字游戏证伪。

我们还是看看,在实际观测和实验上,时间膨胀效应是否存在吧。

1952年,爱因斯坦提出一个验证时间膨胀的方法:把发出光谱线的两个原子作为钟。利用温度差,令它们喷射铯原子速度不同,通过横向多普勒频移——频率增大向光谱的蓝端移动,可以验证时间膨胀。

后来,人们找到了其他方法,那就是利用基本粒子的寿命与速度的关系,来检验时间膨胀效应。

说到粒子的寿命,长的长得惊人,短的短得瘆人。比如质子的寿命在10万亿亿年以上,如果用它来检验时间膨胀,还不如坐等花谢,太阳系寿命约110亿年,如果质子和太阳系一起出生,那么太阳系老死那天,质子才在婴儿期。

我们要找的是粒子中的短命鬼,它们的特点是,命短得吓人,速度快得吓人,这样吓两跳,我们的验证就能立竿见影。

还好,在迄今为止发现的300多种基本粒子中,多数是短命鬼,诞生的瞬间就已夭折,真是没有最短,只有更短。

比如π±介子的寿命大致为一亿分之一秒。这还算长寿的。

π0 介子、η介子的寿命分别是0.84×10^-16(10的负16次方)秒和3×10^-19秒,比π±介子短8 ~11个数量级!

寿命更短的,是通过强相互作用衰变的“共振态粒子”,只能活一千万亿亿分之一秒左右(10^-28秒),简直无法形容!他们的寿命短得任何仪器也检测不出来,只能靠计算。
当然,寿命太短也不能用来检测时间膨胀效应,像刚才那种,即使寿命膨胀1000倍,也检测不出来!

于是人们找到缪子(μ子,是一种轻子),它是π介子衰变时产生的,一般产生在大气层10公里以上,其半衰期为2.2微秒,这么短的时间,即使以0.999c速度从10公里的高空冲向地面,按牛顿理论计算,也只能跑660米,根本到不了地面;按相对论计算,洛因子大约为22,也就是说其寿命延长(时间膨胀)了22倍,22×660米,可以跑14.5公里,因此,我们才可以在地面观察到缪子——这是观测证据。1966年,人们在实验中测得缪子绕圆形轨道高速运动时,其平均寿命比在地面上静止的缪子的平均寿命长——这是实验证据。

由观测和实验证明,缪子的时间的确在高速中被拉长,并且与狭义相对论相符合。如果像反相者所说,在缪子看来,地球时间也必须膨胀的话,那么,就根本无法观测到这些结果。可见“双子悖论”不是真的悖论,只是“佯谬”而已。所谓佯谬,是指看上去是一个错误,但实际上是正确的。

1971年,喜欢较真的海弗尔和凯汀用原子钟完成了环球飞行实验。他们把铯原子钟放在飞机上,向东和向西绕地球各一周后返回,与一直静止在地面上的原子钟比较读数,发现向东飞行的原子钟慢了59毫微秒,向西飞行的原子钟快了273毫微秒。

在这个实验中,他们还考虑了广义相对论的因素:飞机航行过程中离地心的高度不同,即处于不同的引力势,把这种引力效应扣除之后,实验的结果与狭义相对论的时间膨胀预言符合,精确度接近10%。实验数据见下表:

数据表明,加上广义相对论的因素,在实验误差之内,得到的结果与狭义相对论方程预言值相符得很好。

1996年,为庆祝海弗尔-凯汀实验25周年,英国国家物理实验室用精确度更高的铯原子钟重复了这个实验,这次,铯原子钟从伦敦到华盛顿飞了一个来回,与留在实验室的铯原子钟比较,相差39.0±2纳秒,理论预言是39.8纳秒。

嗯,说了半天,也没见你有什么反应,好像很迷惘的样子。

哦,这都怪我,因为,我们平时用不着什么纳秒啊、毫微秒的,冷不丁说出来,我们心里也没什么具体的概念。

其实,毫微秒就是纳秒,1秒=1000毫秒,1毫秒=1000微秒,1微秒=1000毫微秒。那么:1秒=1000000000毫微秒。对,你没看错,9个0,1秒就是10亿毫微秒。

1毫微秒=0.000000001秒。

还是没有概念?就是说,你坐波音787在伦敦和华盛顿之间飞一个来回,能年轻39×0.000000001 =0. 000000039秒,如果你想年轻1秒,就要飞1÷0. 000000039 =25641026个来回。

一个来回的机票钱,便宜算,约为10000元人民币,为了年轻这1秒,需要花费256410260000元。是的,2564亿元人民币,还不算零头。

如果你说,我不差钱,虽然贵了点,但这充分说明了时间也不是无价的!

好吧款爷。一个来回按14个小时算,你要飞358974359个小时。一年有8760小时。为了年轻这1秒钟,你需要连续不断地飞行40978年!试问世人,有几个能坚持活100年不动摇的?40978年?连龟丞相都不敢做这个梦!

是不是相当绝望啊?所以,在人类的速度没有能力接近光速以前,利用运动速度延年益寿这个伟大构想,我们只好暂且先放一放。

况且,高速运动带来的时间膨胀效应,那也只是相对于其他参考系而言的。高速运动中的人,他自己所感受的时间流逝,其实与原来没什么分别。

如果你真的坐上了接近光速的航天飞机,比方说速度是0.99999C。那么,对于你的运动系来说,一切与静止时没什么分别,一分钟还是一分钟,一年还是一年,花开花落人如旧。

对于我们地球人这个参考系来说,你的参照系的确变慢了。你的一天相当于我们的250天。

如果可以实时监控你,那么,在我们看来,你就悲催了。

你和你的参照系发生的一切都是慢吞吞的,我们吃饱了打个嗝,一秒钟算长的了,很快过去,但我们看你打这个嗝就用了250秒,4分多钟啊大神,你一直在打这个嗝,还有比这更恶心的事吗?有的,只要我们还有兴趣实时监控你。可你对这一切却浑然不觉,还以为这个嗝打得很正常。是不是很糗?

假设你用这个速度在广袤的宇宙里旅游观光了50年,回到家乡地球,那时,地球距你起飞时,已经过了12500年,与你同年代的人,已经幸福地变成了化石,他们当时拼命攒下的豪宅、名车、土地、各种耀眼名牌早就烟消云散、了无痕迹了,甚至“恒久远”的钻石珠宝,也早就尘归尘、土归土了。

过眼荣枯,草色有无烟聚散。

随风冷暖,梅香来去雨西东。

天上人间,转眼万变啊!

一万年多久?五十载短长。

爱与恨、苦与乐,那曾经的笑颜和泪水,是真实,还是虚无?是记忆,还是梦幻?

是几十年前,还是几万年前?有分别吗?

天地间,只剩下孤寂无助的你,独自望着陌生的地球,验证着沧海桑田这个成语的科学内涵。白发在风中飞扬...

最悲催的不是这个,而是你付出了如此代价,却一点也没感觉到自己多活了12450年。在宇宙中流浪的这50年,你的心理感觉、生理活动、环境变化等一切,都实实在在地只过了50年。

也就是说,你用50年的时间,来到了地球的12500年之后。这,或许可以称之为“穿越”吧。

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