這句話讀起來有些繞嘴,像繞口令一樣,甚至看起來似乎有些前后矛盾,其實不然。下面來具體分析一下光以及光速的問題。
光,或許就是我們身邊“最熟悉的陌生人”。因為光在我們身邊無處不在,我們的日常生活也離不開光,但人類至今都沒有弄清楚光的本質到底是什么。
雖然如此,這并不妨礙人類對光的探索。而人類的科學發展史,也基本上是對光本質的探索史,對光的探索幾乎貫穿了人類整個科學史。幾千年來的研究,也讓人類越來越靠近光的本質。
如今我們知道,光雖然代表著光明,其實光的一生是很“悲劇”的,因為光根本就沒有所謂的“一生”。對于光子來講,它只會經歷兩個瞬間:生和死。
為什么這樣講?
因為對于光子本身來講,它是沒有任何時間概念的,當然也沒有空間概念。而時間和空間是任何事物存在的根本所在,我們的宇宙就是四維時空的集合。從這點上來講,嚴格來講光并不屬于四維時空,甚至不屬于我們的宇宙。
我們看到光飛行的路線是一條直線,但對于光本身來講,并不是直線,而是一個點。
要想更好地理解光的一生,我們需要理解速度與時間之間的關系,也就是所謂的“時間膨脹效應”,速度越快時間就越慢。
在我們的固有印象里,一秒就是一秒,不管在宇宙中的任何地方,一秒的時長總是不會改變的,也就是說,我們通常會認為時間是絕對的。
但光速不變原理的出現,徹底顛覆了我們對時間和空間的固有認知。
我們都知道,速度是相對的,需要有參照系才有意義,不同的速度疊加之后當然會發生變化。但光速是一個特例,光速是絕對的,意味著光速與其他任何速度疊加之后仍舊保持光速不變。
光速不變意味著什么呢?舉例說明就明白了。
假設一艘飛船在高速飛行,飛船上有一個光子鐘,結構很簡單,兩面鏡子平行放置,鏡子之間有一個光子來回上下垂直飛行,光子在鏡面之間來回“滴答”運動,相當于地面上的鐘表。
由于飛船在高速運行,而光速又是不變的,所以在地球上的人眼里,光子飛行的軌跡并不是上下垂直的,而是斜線飛行。飛行一個回合的距離自然就更長了。
但是光子的速度又是不變的,因此對于地球上的人來講,飛船上的時間就變慢了。而且,隨著飛船的速度變得越來越快,光子飛行軌跡的傾斜角度也會越來越大,在地球上的人看來,光子“滴答”一聲所花費的時間也會更長。
這就是所謂的時間膨脹。地球的時間與飛船上時間并不一致,由于飛船速度很快,時間自然就變慢了。
時間膨脹是很違背我們的日常生活經驗的,畢竟在我們日常生活里,你的一秒與別人的一秒顯然是沒有差別的。但那只是因為你與別人的速度相差無幾,哪怕是地球上最快的速度,與光速相比都是小兒科,引發的時間膨脹效應都可以忽略不計,我們更不可能直觀地感受到時間膨脹效應。
但是如果速度足夠快,就好比剛才所講的飛船,達到亞光速,甚至無限接近光速,時間膨脹效應就非常明顯了。
當飛船的速度越來越接近光速,對于地球上的人類來講,光子鐘中的光子飛行的軌跡就越來越接近平行線,光子“滴答”一聲花費的時間也就更長。當飛船的速度無限接近光速,光子的飛行軌跡就無限接近平行線,需要花費無限長的時間才能完成一個回合運動,就相當于飛船上的時間靜止了。
而光子的速度就是光速,一出生就是光速,沒有任何加速過程,因此光速飛行的光子,在時間維度的速度就為零,說白了就是沒有時間概念。
其實這也說明了一點,要想讓自己的時間變慢,就需要在空間上的速度足夠快才行,因為時間維度的速度與空間維度的速度合起來就是四維時空的速度,而任何物體在四維時空里的速度都是光速!
注意,上面的光速指的是四維時空里的速度,并不是三維空間的速度。平時我們所講的速度其實都是指三維空間速度。當我們靜止不動時,空間維度的速度為零,時間維度的速度自然就是光速。
對于光子來講,由于它始終以光速飛行,沒有任何時間概念。如果光子有思維,你問光子任何有關時間的概念,光子就會很納悶:時間到底是什么?
由于沒有時間概念,意味著光子的一瞬間就相當于“永恒”,光子可以在一瞬間飛行任何遙遠的距離。其實這樣講并不太嚴謹,因為光子沒有時間概念,也不存在“一瞬間”,這里只是用一種通俗的方式進行描述。
平時我們經常會講,太陽光需要花費大約8分鐘時間才能到達地球,這里的“8分鐘”并不是光子本身飛行的時間,而是在地球人類眼里,光子飛行的時間,這個時間很好計算,就是簡單的距離除以光速。
也就是說,在人類眼里,光子花費了8分鐘時間到達地球,但對于光子本身來講,不會花費任何時間,一瞬間就到達地球了。實際上不要說地球了,光子可以在一瞬間飛到宇宙的邊界,不管多遠的距離,光子都可以瞬間到達!
同時,由于時間和空間是有機的整體,意味著在人類眼里不管多遠的距離,對于光子來講都是近在咫尺,說白了都是零。如果你在一艘飛船里,飛船的速度無限接近光速,那么在你眼里,即便是遙遠的宇宙邊界,也變得近在眼前,你一個跨步就能到達宇宙邊界。
這其實是尺縮效應,與時間膨脹必然同時出現,因為兩者是等價的。
而所謂的一光年,只是人類自己的定義,就是簡單粗暴地用光速乘以時間得出來的數字,定義為以光速飛行一年的距離。而對于光子本身來講,不要說一光年的距離了,哪怕是可觀測宇宙的直徑930億光年,光子也可以瞬間穿越,不需要任何時間。
說到這里,有必要進入深入探索。很多人總是夢想著通過某種超光速方式,實現星際旅行。其實要想進行星際旅行,完全用不著超光速,只要能夠非常接近光速就可以了。
因為正如剛才所講,當飛船的速度無限接近光速時,時間就會趨于靜止,更重要的是,再遠的距離,對于飛船來講都是近在咫尺,一瞬間就可以到達。這種情況下還要“超光速”啊,完全不用!
再說了,超光速也是大自然禁止的。
還有一點,速度越快時間就越慢,很多人就會認為當速度足夠快時,是否意味著“永生”呢?
實際上恰恰相反,當你的速度無限接近光速時,不但不能永生,反而會“瞬間斃命”。因為無限接近光速飛行時,你的一瞬間宇宙的時間就過去了無限久,意味著宇宙早就終結了。
連宇宙都不存在了,你當然也不可能存在。也就是說,假設你的速度能夠達到光速,在達到光速的一瞬間,你就斃命了!這或許也是大自然不允許我們達到光速的原因吧,也是為了“保護”我們!
完!
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