如果以光速飞行能永生吗?如何理解“双生子佯谬”?

发布者:零点巡夜 2023-4-12 22:12

首先说明一点,不可能光速飞行,所以这里就以无限接近光速来理解光速飞行!

根据爱因斯坦狭义相对论的“时间膨胀原理”:速度越快,时间就越慢,我们似乎有理由相信,如果人类以光速一直运动下去就可以长生不老。

这看似很合理,其实只是一种误解,不然我们就真找到长生不老的方法了。那么为什么时间膨胀效应不能真正的延长我们的寿命呢?还有我们经常说的双生子佯谬是怎么回事?

比如说有一对双胞胎A和B,让B乘坐光速宇宙飞船去外太空旅行10年,回来发现地球上的A比自己老了好多,这难道不是让B的寿命延长了吗?下面就说下这个问题。

在牛顿经典力学的绝对时空下,人们认为时间在不同的地方、不同的参考系下都是连续不断的稳定流逝,不管你的运动状态如何,你和我感受到彼此的时间流逝速度都是一样的,这就是绝对时空观,时空为万物提供了一个运动的舞台,但并不会参与,也不会受事物的运动影响。

但狭义相对论告诉我们,一个惯性系的运动会导致其他惯性系下的观察者看到你的时间发生膨胀,也就是看到你的时间减慢。这里需要注意的是,相对论之所以有相对两个字,意思就是说,这个理论下的所有效应都是相对于其他人的效应。

比如上图中的光子钟,在一艘宇宙飞船中,底部和顶部各放置一块反光镜,然

后发射一个光子,此时的宇宙飞船是静止状态,你和外部观察者看光子的运动就如上图左的情形,这时没有所谓的时间膨胀效应。

但是如果宇宙飞船高速飞行,你在飞船内看到的光子的运动情况依然是左边的上下震荡。但外部的观察者并不这么认为,他会看到一个光子从底部到顶部,再返回底部会经历更长的时间。

所以在外部的观察者看来,你的时间变慢了,但在你看来一切都是正常的,你的表也会像往常一样走动,你的一小时还是一小时,也就是说你能活一百岁还是一百岁。并不会因为你正以光速飞行,而活得更长。

不仅如此,外部的观察者还会看到你的动作变慢了,像是再看一部慢动作电影,但在飞船里的你,依然会跟往常一样,并不会看到自己的动作变慢。

反过来,飞船上的人也会看到同样的效应,地球上的时间也会变慢,因为相对论说了,这是相对于外部观察者的效应,那么你可能会想,既然对方都看到对方的时间变慢了,而对方有感觉自己跟往常一样,那么相对论的时间膨胀效应有何意义?对任何一方都没有影响?

这其实就是双生子佯谬,乘坐光速飞船外出旅行的B和待在地球上的A,由于速度是相对的,A和B看对方时都会认为对方以光速远离自己,A看B的时间变慢了,同样的B看A的时间也变慢了。A和B都认为对方变年轻了,那么到底是谁正确呢?

如果A和B永远不再相遇,那么他们的观点都是对的。一旦B返回地球与A相遇,谁对谁错呢?

这种情况下B的说法是错误的,在狭义相对论中,并非所有的观察者都享有同等的效应,只有处在惯性系的观察者,也就是没有经过加速运动的观察者才会互相享有同等的效应。我们知道B在乘坐宇宙飞船远离地球的时候,肯定要经过减速,它返回地球时肯定要先减速掉头,然后再加速回来,B在加速和减速的过程中就不是一个惯性系,并不能享有相对论同等的效应。

而地球上的A认为的是正确的,也就是等B回来的时候,B确实会比A年轻。如果B一直以光速远离地球并没有返回地球,那么对于A和B的相对论效应并没有互相影响。也就是说,A和B怎么认为对方并不重要,重要的是他们必须重新回到同一参照系才有意义,不然A和B如果永远不回到同一参照系,他们的观点都是对的!B比A年轻多少呢?可以用下面公式计算:


现今宇宙的加速膨胀,以光速远离我们的遥远星系,我们看到这些星系也会观察到相对论效应,如果上面的外星人观察我们也是一样的,但我们彼此都没有相互影响到谁,还是各自过着正常的生活。

最后强调一点,狭义相对论只适用于惯性系,非惯性系需要用广义相对论诠释。不过利用参照系的不断变换,仍可以用狭义相对论来理解,只不过相对比较复杂。

大家都在看

  • 一群探索宇宙的大胆“狂徒”如何对太空技术带来变革?

    一群探索宇宙的大胆“狂徒”如何对太空技术带来变革? 在浩瀚的宇宙探索之旅中,总有一群“狂徒”前赴后继地拓宽人类对地球之外世界的认知边界。Kurs Orbital即是这样由一群充满激情的太空工程师和爱好者组成,它是一家源自意大利的太空初创企业,提供先进的对接技术,具 ... 宇宙探索01-08

  • 探索人体宇宙 破解生命密码

    探索人体宇宙 破解生命密码 复旦大学人类表型组研究院科研人员在分析数据。学校供图“你肯定知道人类基因组计划。”2024年11月,上海,复旦大学人类表型组研究院的会议室内,田梅端详了一下记者,问道。田梅是研究院执行院长、世界分子影像学会 ... 宇宙探索01-04

  • 探索宇宙新征程 2024年全球航天科技大事件

    探索宇宙新征程 2024年全球航天科技大事件 2024年对于航天科技领域来说,无疑是精彩纷呈、成果丰硕的一年。从中国到全球,一系列重大事件不断推动着人类探索宇宙的步伐,让我们一同回顾这一年的航天科技亮点。中国航天:多项突破引领未来深空探测创造历史:嫦 ... 宇宙探索01-03

  • 数学:从算盘到宇宙的语言,探索数学的广阔天地

    数学:从算盘到宇宙的语言,探索数学的广阔天地 数学背后的奇妙世界你是否曾想过,数学为何能在世界的各个角落发挥如此重要的作用?从古代商人的算盘,到现代科学家的宇宙探秘,数学不仅仅是冷冰冰的公式,它更像是一种无形的语言,贯穿在自然与人类活动的各个层面 ... 宇宙探索01-03

  • 探索未知:宇宙中最神秘的现象

    探索未知:宇宙中最神秘的现象 在浩瀚的宇宙中,隐藏着许多我们尚未完全理解的神秘现象。从黑洞到暗物质,再到宇宙微波背景辐射,这些现象不仅让科学家们感到困惑,也激发了无数的想象与探索欲望。今天,就让我们一起踏上这段探索之旅,揭开一些宇 ... 宇宙探索12-31

  • 揭秘星系,探索无垠宇宙

    揭秘星系,探索无垠宇宙 导读:在浩瀚的宇宙中,隐藏着无数的秘密,等待着我们去探索。每当夜幕降临,抬头仰望星空,你是否也曾被那璀璨的星河所吸引,想要一探究竟?今天,就让我们一起踏上这场神秘的宇宙之旅,揭秘那些已发现的星系,感受 ... 宇宙探索12-31

  • 四次元的超世界的提出和五次元的智宇宙的探索

    四次元的超世界的提出和五次元的智宇宙的探索 四次元的超世界的提出和五次元的智宇宙的探索齐凯隆(创产科技有限公司,上海 200127)摘要:在二次元、三次元的基础扩展上,本文作者2020年首次提出了 “四次元”。四次元是一个超世界,智体(包括人类、燑、智能机 ... 宇宙探索12-31

  • 探索宇宙奥秘!小讲解员“九号宇宙”里科普航天知识

    探索宇宙奥秘!小讲解员“九号宇宙”里科普航天知识 国庆假期,家长如果不知道该带着孩子去哪玩?今天,《都市快报》全媒体记者就给大家推荐一个适合孩子们来玩的地方,位于西安市曲江新区的九号宇宙航天深空科技馆,这儿不光有神舟飞船返回舱这样的体验项目,而且还可 ... 宇宙探索12-30

  • 探索宇宙的奥秘,哈勃望远镜带我们一探究竟!🌌✨之思

    探索宇宙的奥秘,哈勃望远镜带我们一探究竟!🌌✨之思 哈勃望远镜展示宇宙局部画面。在人类对宇宙的不懈探索中,人择原理占据着独特的地位。1973年,布兰登·卡特在特定的历史场合下提出了人择原理。这一理论分为弱人择原理和强人择原理。·以弱人择原理来说,就好比身处 ... 宇宙探索12-29

  • 宇宙中的孤独与外星生命的探索

    宇宙中的孤独与外星生命的探索 在浩瀚无垠的宇宙中,人类是否真的是孤独的存在?这个问题自古以来就激发了无数科学家、哲学家乃至普通人的想象。随着科技的进步和对宇宙理解的加深,越来越多的研究表明,我们或许并不孤单。著名天体物理学家张双南 ... 宇宙探索12-29