速度是相对的,静止的我相对于亚光速飞行的你来说也是亚光速飞行,到底谁变得更年轻?
这个问题其实就是用来反对狭义相对论的“双生子佯缪”,说的是移动时钟时间膨胀理论。简单来讲,地球上有一对双胞胎A和B,有一天B去星际旅行了,过一段时间B回来了,然后对A说:“我比你年轻因为我高速运动,你没运动,但是A也说:我也相对于你告诉高速运动,应该我比你年轻,那么到底是谁年轻呢?他们说的都有道理啊!
在广义相对论中有大质量物体弯曲时空引起时间膨胀的理论,在地球上放置在高处的原子钟会比低处的快,比如在太空运行的卫星原子钟就比地面上的快。
也就是说距离大质量天体越近,时空被挤压的越致密,被压缩的空间内,原子的震动频率也会减慢,造成了原子钟比起远距离的要慢。
这是大质量天体造成时间膨胀的原理,还有一个是运动引起的时间膨胀。我们认为的运动都是相对的,其实运动不管跟谁相对,它本身都要跟空间产生关系。
比如水中行船,船的运动可以相对天空、其他的船只、陆地、岛屿等等参照物。但一条船在水中运行跟水的相对运动才是根本,茫茫大海中一条快速运动的船荡开水波,船只运动造成了船只前边的水压增大。还有,飞机在空气中飞行,它前方的大气压也会增大。
同理,当我们将宇宙空间也看成是物质存在的时候,太空就不真的是一无所有的真空,也是另一种类似水和空气的存在,只是我们现在还没有找到发现空间分子。
爱因斯坦认为空间能被扭曲压缩,其根本出发点就是将空间看成了物质存在,空间中天体物质的存在挤压了空间分子,改变了空间分子的密度,使得光线、电磁波等穿越天体附近时被扭曲的现象。同理参考光线进入水中、放大镜的情景。
好,速度是相对的,运动也是相对的,但有一点是绝对的,那就是宇航员的运动相对宇宙空间的运动是百分百绝对的。
双生子中的哥哥驾驶飞船离开了地球,哥哥的飞船运动相对于地球上的弟弟有一个速度值,这个速度对哥哥弟弟来说是相对的,也可以看成哥哥没动,弟弟在高速运动。
但,不要忘记宇宙时空,这个是爱因斯坦广义相对论的基础。
哥哥的飞船在太空运动,造成了飞船周围空间物质分子的压缩扭曲,这也是运动时间膨胀理论的基础。
弟弟在地球上,他也受到了地球压缩弯曲时空的影响,地球上弟弟周围的时间,相对于太空也是膨胀的。
那么,弟弟和哥哥谁的时间会变快呢?
我们以哥哥的视角来分析,首先哥哥要离开地球的引力范围,这样就首先脱离了被地球压缩扭曲的时空,对哥哥来说大环境已经没有了地球引起的时间膨胀影响。
此时,哥哥的飞船若是没有加速度,自由在太空飘移,那么他的时钟是会变快的。这种情况下,哥哥反而会比弟弟衰老的快。
说一下原理,压缩的时空中,原子的固有振动频率会变慢(放置在高山和地面的铯原子钟对比,高出的距离地心更远,铯原子振动频率加快)。
物质是有基本粒子构成的,人也一样。原子的固有频率变慢,那么由原子构成的物质和人一样会受到影响,整体频率减小,时间也就变慢了。
比如一个人的生命周期是一个固定的数值,这个数值代表了身体原子的振动总次数,频率越慢,相对的时间就会越长。就跟两个人朗读课文一样,同一篇课文语速快的同学要先念完。对比到双胞胎兄弟身上,在地球的弟弟因为地球引力压缩时空使得原子振动频率降低,他要读完课文需要的时间会更长,太空自由的哥哥会更快的走完自己的生命周期。
转折,若是飞船上的哥哥将飞船加速,随着速度的加快,飞船对空间的压缩和扭曲会追上地球引力造成的时空弯曲,再加速就会超过地球引力扭曲的时空值。
这个时候,哥哥所处的时空内,原子振动频率会变小,他身体原子振动的总次数需要更长的时间才能振动完,这样一来,哥哥的时间相对地球上的弟弟就变慢了。若是持续加速运动下去,等他回到地球就比弟弟看上去年轻。
最后拓展一下,若是哥哥的飞船速度接近光速的时候,物质的原子振动频率会降低到可怕的程度,生命也会被无限拉长。当达到光速时,原子的振动停止,时间也就停止了。
爱因斯坦说具有静质量的物质不能超越光速,除了电子、光子没有静质量,中子、质子也不能超越光速,它们构成的原子就更不能了。人也是原子构成的,当然也不能超越光速。那么超越时候会怎样呢?或许就达到了玄幻小说中“破碎虚空”但境界了吧,也就是空间破碎。这说明,不允许超越光速是宇宙空间的属性决定的,人类想要超越光速就只能“破碎虚空”、寻找虫洞、进入时空隧道的方法了,单纯的物理运动是不可能的!!!