在接近光速飞行的飞船上生活是怎样一种体验

tuenhai.com :相对论中有观点认为高速运动的物体,运动速度越快,寿命就越长,那么推论之下,就会发现物体运动速度到达光速时就长生不老了。物体运动速度越是接近光速,寿命越是接近无限。事实真相如何,我们先来看一种流行的说法:

比如我们的速度如果能达到 0.99c,则γ ≈ 7,也就是你的1年相当于地球人的7年,如果达到了 0.99999c,则γ ≈ 224,也就是你的1年相当于地球人的224年。我们不用再算下去了,因为我知道你已经禁不住的开始狂喜了,哈哈哈,原来长生不老是真的可以的啊。对不起,我不得不再次粉碎你的这个长生不老梦,我们的计算确实没错,如果你坐上了0.99999c的飞船飞了1年回来后,我们地球确实已经过去了224年之久,但是对于你自己的感受来说,你真真切切的也只活了1年,一秒钟不会多,一秒钟也不会少,如果你的寿命是100年,你一直在飞船上飞,当你回到地球的时候,地球确确实实过去了22400年,但是对于你自己来说,你仍然只能感受到你自己生命中的100年,一天也没有多出来,一天也没有少掉,每天仍然是24小时,1小时仍然是60分钟,只是在走出飞船舱门的那一刹那,你看着地球上的景物,已经隔世,你只不过用了自己的一生验证了你向前穿梭了22400年的时间而已,但你仍然已经老去。从我们地球人的眼里来看,其实你也并没有比我们潇洒多少,虽然你的1分钟相当于我们的224分钟,可是在我们眼里,你的一切动作全都变慢了,我们吃一个包子1分钟就吃完了,而在我们眼里,你吃一个包子却要吃224分钟;我们打一个响指只用了1秒钟,而在我们眼里,你却花了224秒钟才慢慢腾腾的把一个响指打完。我们在地球上仰望着飞船中的你,感慨道:“噢,可怜的人啊,行动的比蜗牛还慢,活着还有什么意思呢?”

Don:如果上面说的是真的,飞船上的人自我感觉寿命没有延长,而且在地球人看来,飞船上的人还可怜得很,每个动作慢得要死,怎么会这样呢,这样的长寿又有什么意义

tuenhai.com : 地球上看到飞船上的人动作慢,这就是飞船上的真实情景吗

Don:对啊,我记起刚才保存下来的秘诀:相对论的世界里,静止者看运动者,实际的和看到的是相反的,那么实际上是飞船上的人看地球上的人动作超级慢了,我差点又陷进 绝对论 了,静止者观测运动者,眼见为实,把看到的情景当作对方的真实情景,这就是不折不扣的 绝对论

tuenhai.com : 如果你能把 相对论效应观测原则 背得滚瓜烂熟,那么可以轻易知道接近光速的飞船上发生了什么,否则,难免思维受到干扰,陷进绝对论的怪圈

在相对论的世界里该怎么说话

tuenhai.com :要还原接近光速的飞船上的真实情景,还得再次请出 相对论效应观测原则 相对论规定了在相对论的世界里,一切观测者观测到的数据都打上了自身运动状态的烙印,静止者和运动者观测同一事件,得到的数据必然不同

于是得到了在相对论世界里表达观点时必须包含的二个要点:

  • 观测者的身份(静止者或运动者)
  • 观测到的数据(属于特定身份的观测者)

比如下面的说法是有问题的:

我(静止者)看到飞船上的钟走得慢,你的钟走得比我慢

这是低速世界的说法,在地球人类低速世界里,我看到你比我矮,于是断言你比我矮,通常是成立的。在相对论效应明显的高速世界里,低速者看到的未必是高速者的真实

在相对论的世界里,静止者看到运动钟走得慢,并不代表运动钟真的走得慢。如果你明白 tuenhai.com 在说什么,那么你就可以凭简单一句话断定一个人其实不懂相对论

飞升成仙的狭义相对论解释

tuenhai.com :我从来没有看到过有人从相对论的角度描述接近光速船上的情景,那么就让我第一个来尝试吧

这是一个用高速运动达到的神奇世界,可以视为飞升成仙的相对论诠释:飞得快,成了很厉害的人,用中国古代的话讲就是成仙了

飞升成仙,飞得快才能成仙

静止者看不到运动者的真实情景,人类目前也没有可能建造出接近光速的载人飞船,不过相对论效应观测原则 就是透视眼,可以帮助我们透过表象看到本质

光速为c,飞船以0.99999c的速度飞行,飞船上有一个光子钟,光子钟里有一个光子上下跳动,光子一上或者一下相当于钟走了一格

然后我们要构建一个标准相对论效应观测事件:静止者观测运动者,运动者观测自己

这时候观测到的数据就是真实的数据,tuenhai.com 概括为 静者得静,动者得动,但是我们要注意,我们关注的是数据的比例,我概括为 数据反映比例

地面观测者观测飞船上的光子钟,不要去管能不能看到,我们假设可以把镜头拉近,让地面观测者也能看到飞船里面发生的事情。地面观测者就是静止者,光子钟就是运动物。飞船上也有人同时在观测光子钟,这个人就是运动者。标准相对论观测事件构建完毕

静止者看到光子钟的每次跳动都是走了很长很长的斜线,静止者估算,这条斜线长度为在地球上静止时的长度的224倍。光速不变,距离越大,耗费的时间越多,于是光子钟跳动一次花费了224倍的时间,静止者感觉到了光子钟跳动的速度比自己的日常经验慢了224倍,用相对论专业术语来说,静止者钟时慢了224倍

运动者站在光子钟旁边看,看到光子上下跳动的距离是垂直的,飞船从地球上时的静止状态到现在的高速运动,这个距离一直未变。这段距离很小,光速不变,距离越小自然所耗费的时间越小。运动者认为光子钟没有变快,也没有变慢,运动者看到钟时不变

相对论效应观测原则告诉我们,静者得静,动者得动,静止者看到的数据代表了静止者本人的运动状态,运动者看到的数据代表了运动者的运动状态。理解了这点以后,就可以开始分析在飞船上的体验了

飞船上钟时是变快了还是变慢了

静止者在地球过了224天,然后抬头看了下飞船上的光子钟,发现光子钟的时间显示只过了1天。运动者看飞船上的光子钟,发现已经过去了224天

理解:静止者看到的始终时静止者钟时。在飞船上,静止者钟慢了224倍,意思是说静止者不改变自己的运动状态来到飞船上,那么钟时慢了224倍。地球钟时过了224天,飞船上慢了224倍,那么静止者必然看到飞船上的钟时只过了1天

数据反映比例,224是个比例系数,静止者钟变慢224倍的意思就是运动者钟没有变慢,这也与运动者实际观测到的情况一致。把变慢224倍后的钟时1天恢复到没有变慢,那么就是1天乘上224倍,于是运动者钟时显示是224天

Don:地球上的人观察钟时,过了224天,飞船上人观察钟时,也是过了224天,地球上和飞船上的钟时一样啊

tuenhai.com相对论效应观测原则说,数据反映比例,静止者观察飞船上的钟时,发现慢了224倍,静者得静,也就是在飞船上静止者钟时慢了224倍

Don: 地球上和飞船上的钟时到底有没有一样

tuenhai.com : 数据反映比例,在飞船上,静止者钟比运动者钟慢了224倍,我们关注的重点是比例,而不是钟表读出的数字

如果你只需要一个结论,那么我可以告诉你,在这个例子中:

运动钟走时速度是静止钟的224倍

Don: 可是按照前面说的,地球人看身边的钟,发现过了224天,飞船上的人看身边的钟,也是发现过了224天,这是怎么回事,时间怎么是同步的

tuenhai.com : 我举个例子,你就明白了,你 体重 120 斤,你女儿体重 20 斤,你到月球上一称,你的体重变成了 20 斤,你会不会这样说:

糟糕,变成和女儿一样重了,难道我的身体的大部分被外星人不知不觉间掏空了

Don: 明白,地球上的人看身边的钟时,飞船上的人看身边的钟时,两者的计算方法不一样,不能直接比较

tuenhai.com : 对,是这样

Don: 如果我一定要比较呢

tuenhai.com : 请先把 相对论效应观测原则静者得静动者得动数据反映比例 背诵 100 次,不懂再问我

...

Don: 我知道了,在这个例子中,运动者钟走时速度是静止者钟走时速度的224倍

tuenhai.com : 具体怎么说

Don: 我就知道这么多

tuenhai.com : 嗯,可以,只要记住数据反映比例,至于钟表上的读数是大还是小,这是无关紧要的,只要比例不变,钟走时快慢可以随便调整

飞船上的人寿命延长了吗,说说相对论命时效应

tuenhai.com : 命时,就是生命时间。命时越长,就是寿命越长

你可以不关心钟时,你没有办法不关心命时

世界上没有一个人不关心命时

如果有可能,任何人都希望延长命时

从有些人的叙述看,利用狭义相对论效应来延长登时似乎没有一点意义,甚至反而看上去可怜的要命,这是真的吗

就让 tuenhai.com 来帮你揭开谜底吧

人类是低速动物,无法直观体验相对论效应,相对论世界发生了什么事情,需要通过分析、计算才能知道。千万要注意,钟时不是命时,命时不是钟时,虽然数值上有类似之处,但二者是根本不同的,如果你把二者混为一谈,就无法深刻理解狭义相对论的本质

静止者观测飞船上的光子钟,发现光子跳动一次要越过224倍的空间距离,这是在飞船上的静止者钟,走时速度是地球上的静止者钟走时速度的 1/224

跨越空间是需要消耗命时的,居住在一线城市的人应该深有体会,有的人上班就得赶 2 小时的路,这 2 小时既是钟时也是命时,你用了这2小时,你生命中就少了这 2 小时。你仔细想想,人类做任何事情都需要跨越空间,人类是低速生物,每次的跨越空间就是命时的大量流失,这似乎注定人类不能永生

空间的距离的延长,对光子钟走时来说是变慢了,对于生命来说是消耗的命时增加了。一切生命活动事件都需要跨越空间,生命中一个事件需要跨越的空间的增加,意味着消耗的命时增加

如果静止者不改变自己的静止者身份来到飞船上,那么他完成一个事件要消耗224倍的命时,而飞船上的人则觉得命时消耗并没有增加,因为运动者看到光子跳一次走过的空间距离并没有延长

数据反映比例,在飞船上这样的环境,静止者的寿命是运动者的1/224,或者说运动者的寿命是静止者的224倍

Don: 那么,飞船的人是否知道自己因为相对论效应而延长寿命了呢

tuenhai.com : 关于这个问题,似乎很少人能说清楚。我只是为了讲解大道而临时了解了一下相对论,想不到一不小心成了相对论科普专家,可以帮助大家解开相对论的一些谜底

飞船上的人知道自己寿命延长了吗

tuenhai.com : 按照有些人的描述,似乎飞船上的人并不知道自己寿命延长了:

你仍然只能感受到你自己生命中的100年,一天也没有多出来,一天也没有少掉,每天仍然是24小时,1小时仍然是60分钟

Don: 从上面的描述看,似乎无趣得紧啊,郁闷

tuenhai.com : 且慢无趣,且慢郁闷,容我慢慢道来

以 0.99999c 的速度飞行的人,就是一个比古代神仙还要神的人,他所处的世界就是比宗教人士信仰的天堂、佛国还要美妙的世界,怎么可能无趣而郁闷呢,我有限的笔墨无法形容那个世界的奇妙之处

Don: 那么他是知道自己的寿命延长了吗?

tuenhai.com : 当然知道

Don: 他怎么知道的

tuenhai.com : 假设他原来在地球上,然后不断加速飞升,偶尔瞄一眼光子钟,发现光子钟的走时似乎并没有什么变化,最后他加速达到 0.99999c 的速度

Don: 这是否意味着他无法从光子钟的数据知道自己寿命延长了

tuenhai.com : 光子钟的读数是无关紧要的,你应该已经知道了,不断加速的过程,就是运动钟时相比静止钟走时不断变慢的过程,只是他身边没有静止钟可以比较,不知道他的光子钟被拨慢了

Don: 看来他还是不知道自己寿命延长了

tuenhai.com : 不断加速飞升的过程,就是生命中每个事件需要跨越的空间不断减少的过程,意味着命时不断得到延长,到最后,他的身体中每个层次的生命活动的效率都提高到原来的 224 倍,这并不等于他的寿命只延长到原来的 224 倍

Don: 我很好奇,寿命延长到原来的多少倍了

tuenhai.com : 无法估算,用人类的数学来表达是接近无穷大

Don: 这是为什么

tuenhai.com : 人体是个复杂的巨系统,当把你的记忆力增强224倍,那么你的学习成绩必然突飞猛进,当把你视力增强 224 倍时,带来的好处也是可以研究的,当把你的每个细胞的活动效率提高224倍,研究起来就吃力了,还有线粒体,细胞核,无数的生命大分子,所有这些生命活动,需要跨越的空间都减小了,综合起来会有什么果,这是人类目前的技术无法估算的

虽然无法估算,不过我可以告诉你的是,他早就不是人类了,他早就进化到了远比人类高级的物种,应该不会再回到地球了。所以,下面的情况是不会发生的:

只是在走出飞船舱门的那一刹那,你看着地球上的景物,已经隔世,你只不过用了自己的一生验证了你向前穿梭了22400年的时间而已,但你仍然已经老去

而且他不会再去关心光子钟显示的年龄,上面的读数对他来说已经没有了意义,他留着光子钟只是因为对地球故乡的一丝怀念,更可能他早就扔掉了这个来自地球的小玩意。或许他会偶尔回望一下地球,发出一声感叹:

> 噢,可怜的地球人啊,每个动作都慢得要死,我看着就觉得心里憋得慌,这样活着又有什么意义呢  

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