继续了解相对论的有趣结论。
科幻电影中经常会出现未来穿越的桥段,我们也经常会看到来了一趟星际旅行,回到地球后你的家人已经变老。例如,在电影《星际穿越》里,宇航员去黑洞附近执行任务,回来的时候还挺年轻,可是自己的女儿却已经很老了。正所谓“山中方七日,世上已千年”。(在想古人是平白无故的编造出这个神话来的么?会不会真的有过穿越。)。
这里说的时间变慢,只是不同坐标系对比的结果。对于参加星际旅行的你来说,你实实在在活过的时间,还是正常的寿命。相对性原理要求你根本感觉不到自己多出来什么时间 —— 如果你在地面一辈子能读一万本书,在飞船上这一辈子也只能读一万本书。你在山中过的这七日,也是吃21顿饭。(因此,人生的寿命无论以何种速度的旅行都无法延长,从这一点来说,时间对任何人都是公平的,虽然相对的时间可能会改变,但我们自身拥有的时间是不变的。)
但是你的确比地面上的人老得慢。说到这里有个著名的问题,叫 “双生子佯谬” 。
比如说你有一个双胞胎妹妹。在你们20岁这一年,你乘坐高速宇宙飞船前往远方执行任务,你的妹妹留在地球上。在你妹妹看来,你这一走就是50年,你回来的时候她已经70岁了。可是因为相对论效应,你在飞船坐标系下体会到的这段旅程只有30年,你回来时候才50岁。
走的时候两人一样大,回来的时候你妹妹比你老了20年。
这个事实是没问题,但是人们会有一个疑问。
相对于你妹妹,你在飞船上是高速运动,所以会有时间变慢的效应,所以你比你妹妹年轻。可是反过来说,相对于你,你妹妹在地球上难道不也是在高速运动吗?那为什么不是她比你年轻呢?
这个问题的答案是你和你妹妹所在的坐标系并不是等价的。你妹妹一直待在地球上,可以近似为一个匀速直线运动的坐标系。而你,离开地球必须首先加速到接近光速,到达目的地之后要减速、调头、再加速,然后回到地球还要再减速,你经历的并不是匀速直线运动。
但是这个效应是真实的,你真的比你妹妹年轻了20年。双生子效应已经有实验证实。
你不需要星际旅行。有一种精度非常非常高的原子钟。你把两个原子钟先对好时间,然后一个放在地面不动,带上另一个坐民航的国际航班飞上一圈。你飞回来再把这两个原子钟放在一起,就发现它们的时间有一个极其微小的差异 —— 但是这个差异是实实在在的。参加了飞行的那个原子钟,现在比留在地面的那个要年轻一点。
那如此说来,那些经常在天上飞的飞行员和空姐,他们都比一般同龄人要年轻一点!当然他们速度不够高,一辈子也差不了一秒。(机长就比我们年轻)
而如果你能把速度提高到无比地接近光速,那你的一天是地面上的人一年、甚至一千年,在理论上都是可能的。你就等于是穿越到了未来。
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