根据相对论,人以光速运动可以长生不老吗?

人以光速飞行不会变老吗?这是一个关于时间相对性的问题,所以我们需要用一个科学理论——相对论来讨论这样一个问题。

狭义相对论最早由德国+瑞士(双重国籍)物理学家爱因斯坦于1905年提出。当然,那时候还不叫相对论。那年他刚从哲学(也就是我们物理)毕业。

发表了包括博士学位论文在内的5篇重要论文。其中一篇,关于运动物体的电动力学,提出时间和空间是相对的,来解释从麦克斯韦方程组推导出的一个结论:光速与参考系无关。这篇文章就是我们所说的为人类建立全新时空概念的物理理论——狭义相对论。

同年,他发表了另一篇关于狭义相对论的重要论文:“物体的惯性与它所包含的能量有关吗?在这篇论文中,他给出了一个著名的质能方程:e = MC ^ 2。但是讨论时间的相对性,我们其实只需要第一篇文章(关于运动物体的电动力学)。

在本文提出的划时代的物理理论中,爱因斯坦指出,时间和空间不是绝对的,它们是相对的,在不同的惯性参照系中看到的时间和空间是不同的。但他也指出,他们的时空作为一个整体是绝对的。

很多刚听过相对论的人都有一个误区,认为一切都是相对的,但其实相对论的核心有几个核心的绝对概念,比如绝对时空,绝对光速。

然而,误解一旦产生,就很难消除,以至于他的新理论被赋予了“相对论”的名称,这是爱因斯坦内心所拒绝的...

时间和空间的相对性——时钟慢了,尺度在缩小,但你用什么样的名字并不重要。懂的人自然懂,不懂的人换个名字还是不懂...

回到正题,爱因斯坦在他的狭义相对论中提出,时间和空间是相对的,在不同的参考系中测得的时空长度会有所不同。对于静止参照系上的观察者(比如地球上的人)。

高速运动物体(如高速航天器)所在参考系的时间间隔会变长,空间长度会缩短。我们现在称这种效应为钟慢效应(或时间膨胀效应)和尺度收缩效应(或空间收缩效应)。

以光速运动的人能永生吗?

那么我们现在就可以回答这个问题了,人以光速运动,就不会永生。根据时间膨胀效应的推断,当运动速度接近光速时,时间会变得越来越慢(时间间隔越来越大)。由此推断,当运动速度达到光速时,时间就会停止,时间不会永生。是的,在地球人眼里,以光速运动的人确实是不死的,因为时间停止了(时间间隔是无限的)。

然而这是“在地球人眼里”。显然在狭义相对论下是相对的。在地球人看来,高速运动的人时间慢,但高速运动的人不这么认为。在高速运动的人眼里,自己的时间是正常的,但是外界的时间会变慢。

这就是著名的孪生子悖论,它告诉我们,在观测者自己的参照系(无论是地球观测者还是高速观测者)看来,时间是正常“流逝”的。

以光速运动的人呢?答案是:没有这样的参照系。这是狭义相对论的一个结论:光速不能作为参照系。

其实你很容易理解为什么,对于一个时间静止的参照系,即使有观察者在上面,他也不能做出任何观察行为,因为他没有时间去观察。

这很尴尬。不是说高速运动的人觉得自己的时间很正常吗?怎么一达到光速就突然变了?这就要提到爱因斯坦关于狭义相对论的第二篇论文了。

速度极限下质量的相对性——质量膨胀的慢效应和标度效应是在光速不变原理的基础上推导出来的,也就是说,它们的基础是光速不变。所谓光速不变,是指真空中的光速在所有惯性参照系中都是一样的,不会随着光源或观察者的移动而改变。

也就是说不会叠加任何物体的速度,让人以为是运动速度的极限。所以运动物体无论怎么加速,都不可能超过光速。

在得到时间膨胀和空间收缩的相对论效应后,爱因斯坦在他的第二篇相对论论文中发现,当一个物体加速到接近光速时,无论给它提供多少能量继续加速,它都不能超过光速。

那么问题来了。根据动能定理,当输入能量继续加速物体时,物体的动能应该继续增加。但由于光速的限制,物体的运动速度不能同步增加,导致输入能量和动能不能持续同步增加,输入能量并不产生相应的动能。那么输入的能量去了哪里?

大发现——质能关系爱因斯坦最终用和时间膨胀、空间收缩一样的方法推导出了第三个相对论效应——质量膨胀。他指出,当一个运动的物体加速到接近光速时,它的质量相对于静止的观察者会增加,增加的质量就是之前加速过程中损失的能量!就这样,爱因斯坦无意间发现了一个宇宙的奥秘——质量=能量,这是他的狭义相对论中最伟大的发现——质量与能量的关系!

质量膨胀效应导致时间在光速参照系中停止,根据质量膨胀效应是不可能出现的。当一个运动的物体加速到光速时,它的相对质量会越来越大,用任何方式继续加速都会变得越来越困难。根据理论和数学推断,当它达到光速时,它的相对质量会变得无限大,这显然是不可能的,因为即使我们找到了整个宇宙的能量。

它是一个有限的值,而不是无限的...所以很明显,静止质量的运动物体是不可能通过加速达到光速的,也就是说,光速通过加速的参照系不会出现。一个有质量的高速运动物体和光速之间总是有不可逾越的鸿沟!

从地球的角度来看,当一个人无限接近光速运动时,他的时间会趋近于停止,所以对我们来说他是不朽的。但是对于无限接近光速的人来说,他走过的时间并没有改变。在他看来,一秒还是一秒,一天还是一天,一年还是一年,但在他看来,也许宇宙不是在654.38+038亿年诞生的...

但他的速度永远达不到光速,他的时间永远不会停止,所以在他自己看来,他永远不会永生。