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这样的问题是非常有意思的 , 因为答案打破了常规思维方式 , 如果一个人光速飞行10秒钟 , 再返回地球 , 那么他将永远都见不到自己的家人 , 地球上会发生沧海桑田的变化 , 今天我们就把这个问题彻底地搞清楚 。
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在现代社会日常生活中 , 所有人都是坚持着绝对时空观念的 , 简单来理解就是每个人的时间尺度是相同的 。 例如公司规定早上10点上班 , 那么大家都会在10点之前赶到公司打卡上班 , 这就不会出现问题 。 这也是从牛顿时代一直坚持到今天的思维方式 , 但实际上所谓的绝对时空观是错误的 , 爱因斯坦相对论的提出修正了经典物理学 , 牛顿的绝对时空观也被打破 。
理论上每个人都有自己的时间 , 从相对论的角度来出发 , 就是与运动速度和所处位置的时空曲率(引力)大小有关 。 结论都很清楚 , 那么是如何推导出来的哪?
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时间最表观的理解就是钟表秒针每移动一隔就是1秒钟 , 而这个一秒钟的长度可以有更准确的定义 。 在物理学中科学家设想了一种"光子钟" , 从它的原理可以知道这个"光子钟"是非常精确的 , 首先寻找两块反射镜平行放置 , 两块镜的距离是30cm , 那么按照真空中光速30万公里每秒来计算 , 光子在两块发射镜之间往复运动5亿次就是1秒钟 。
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此时可以设想如果一个人带着光子钟坐进快速飞行的飞船 , 同时地面上有一个人拿着光子钟不动 。 那么结果就是地面上的人看到飞船中"光子钟"往复运动的光子走的是一条斜线 。 那么这个时候问题会出现了 , 在飞船中的那个人看着自己的光子钟是正常走动的 , 但实际上光子的飞行距离变长了 。
同时根据"光速不变原理" , 飞船中的光子在上下两块发射镜之间的往复次数就减少了 。 正常情况光子需要上下往复5亿次 , 但实际飞船上的光子只往复了2.5亿次 , 最终的结果就是飞船中的时间变慢了(膨胀) 。
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【科学黑洞|如果一个人光速飞行10秒钟后返回地球,他还能见到自己的家人吗?】同时我们还可以通过这个思维实验推导出时间膨胀公示 , 非常简单容易理解 , 只要你知道勾股定理就好 。 我们要先设定真空中光速为c , 飞船相对于地面的运动速度v , 飞船中的时间是t , 面上的时间t' 。
根据勾股定理列出如下公式:
(ct')^2=(ct)^2+(vt')^2
对公式进行整理开根号最后就是时间膨胀公式如下:
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从这里可以看到 , 时间的流逝速度和物体的运动速度有关 , 运动速度越快时间的流逝速度越慢 , 理论上来讲如果物体运动速度为光速 , 那么最终时间流逝速度就为零了 , 这也就意味着时间停止不再流逝了 。
但是狭义相对论中还对物体的运动速度有限制 , 理论上有静止质量的物体永远都达不到光速 , 只能无限接近于光速 , 那也就说明时间无限的接近于静止 。 那么问题的答案也就出现了 , 一个人光速非常10秒钟 , 这里的10秒钟是他自己的时间 , 但是在地球上可能过了千年万年甚至是上亿年 , 已经是沧海桑田了 。
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并且运动速度对时间的影响时刻都存在 , 只不过我们都生活在地球上 , 这里就是一个低速的世界 , 造成的时间膨胀全部都可以忽略不计的 。 因此说绝对时空观虽然是错误的 , 但是在日常生活中依然是最适用的 。
来源:(科学黑洞)
【江苏龙网】网址:/a/2021/0326/lmkd0H130BW2020.html
标题:科学黑洞|如果一个人光速飞行10秒钟后返回地球,他还能见到自己的家人吗?
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