超越光速是穿越未来还是回到过去(超越光速就能回到过去)
超越光速是穿越未来还是回到过去(超越光速就能回到过去)这就是光速不变原理。但奇怪的是,光速显得很特别,光速从来不会因为参照系的不同而有任何改变。速度,并非绝对的,而是相对的。当我们说某某物体的速度时,其实都会默认有一个参照物存在。比如说我们说汽车的时速为100公里,其实就是默认地面为参照物。只有选择了参照物,速度才有意义,否则速度就失去了存在的意义。这就意味着,选择不同的参照物,物体的速度就会不同,速度是会随时变化的。这种速度的相对性在我们生活中随处可见。再举个通俗的例子。你和朋友驾驶车辆以100公里的速度在高速公路上行驶。但尽管汽车速度很快,但在你眼里你的朋友是静止不动的。但对于静止在地面上的我来讲,你的朋友在快速飞行。
我们经常会听到这样的说法:光速飞行,时间就会静止。超越光速,时间就能倒流,我们就能回到过去。
上述观点很好读懂。但这里我们需要强调一下:第一,为何一定要超越光速才能,还有,超越的为何是光速而不是其他速度?光速是速度为何会与时间有千丝万缕的联系?
在数学课上我们都学过,速度等于距离除以时间,也就是空间除以时间。从中能够看出,速度与空间和时间都有一定的关系,速度的改变会影响时间和空间。
当然,上述观点并不是今天要讲解的核心思想,只是一种通俗的理解方式。
速度,并非绝对的,而是相对的。当我们说某某物体的速度时,其实都会默认有一个参照物存在。比如说我们说汽车的时速为100公里,其实就是默认地面为参照物。只有选择了参照物,速度才有意义,否则速度就失去了存在的意义。
这就意味着,选择不同的参照物,物体的速度就会不同,速度是会随时变化的。这种速度的相对性在我们生活中随处可见。
再举个通俗的例子。你和朋友驾驶车辆以100公里的速度在高速公路上行驶。但尽管汽车速度很快,但在你眼里你的朋友是静止不动的。但对于静止在地面上的我来讲,你的朋友在快速飞行。
但奇怪的是,光速显得很特别,光速从来不会因为参照系的不同而有任何改变。
这就是光速不变原理。
说白了,在任何参照系下,在任何运动状态下观察光速,光速本身都是不变的。通俗来讲,光速不会与其他速度叠加。
举个现实中的例子,你就能直观感受到光速的独特性了。
假设你拿着手电筒以50%的速度(相对地球)飞行,我站在地面上不动。在我眼里手电筒的发出的光飞行速度是多少呢?
按照我们日常生活的速度叠加原理,很容易得出手电筒的光的速度应该是光的速度 你飞行的速度,也就是150%光速。
但事实上并非如此,在我眼里,手电筒发出的光飞行速度仍旧是光速,而不是150%光速。
说白了,光速是绝对的!
到这里你可能意识到了什么。由于速度是空间除以时间,三者都是相关联的,随时变化的。如果想要保持光速的恒定不变,其他两个因素必须无条件地相应改变来适应光速的绝对不变。
也就是说,如果光速是绝对不变的,那么时间和空间必须要改变。这也说明了时间和空间向来就不是两个完全独立于彼此的,而是相辅相成,是有机的整体,也就是我们通常所说的“时空”(四维时空),时间和空间是不可分割的。
四维时空是爱因斯坦相对论的核心。
那么时间和空间会有怎样的概念来适应光速不变呢?
时间膨胀(钟慢效应)和尺缩效应!
举个例子。我静止在地面上,你相对地面高速飞行,在我眼里你的时间流逝速度就会变慢,我看到你的一切都是慢动作。
为何现实中我们看不到时间膨胀效应呢?因为我们平时的速度相对光速实在太慢了,时间膨胀效应微乎其微,可以忽略不计。必须以亚光速飞行才能体现出来。
那么为何会出现时间膨胀效应呢?用简单的数学几何公式(初中就可以)就可以推导出来(之前多次说过,这里就略过了)。同样地,尺缩效应也是如此。
时间膨胀和尺缩效应是同时出现的,也可以说两者是等效的。
既然速度越快,时间流逝的速度就越慢,那么如果速度达到光速,是不是意味着时间就停止了呢?
来个思想实验。假设你以光速飞行,意味着你表现出来的性质也像光那样。而对于光本身来讲,在它眼里是没有时间概念的。光可以瞬间跨越任何浩瀚星际距离,而不消耗任何时间。在光眼里根本没有空间和时间的概念。
也就是说,对于光来说,时间是静止的,停滞的。当然如果你能以光速飞行,也是如此。但无论如何你做不到这点,你只能尽可能地接近光速飞行。
说到这里,估计不少人会有这样的疑问:既然光的时间是停滞的,为何我们还说光在传播过程中仍然需要时间呢?比如说光速飞行一光年的距离需要一年时间,太阳光飞行到地球需要大约8分钟。
这就是参照系选择的不同。刚才所说的“光的时间是停滞的”是以光的角度来描述的,而我们通常所说的“太阳光飞行到地球需要8分钟”是以人类视角来描述的。
那么如果能够超越光速飞行,是不是能够回到过去呢?
理论上,如果你能超光速飞行,你确实能追上某个物体很早时间发出的光,甚至能够追上自己本身过去发出的光。
但这并不意味着你能够回到过去,你只是看到了过去的某个影像而已。就相当于你突然瞬移到2200光年外,能够看到秦始皇(理论上)一样,但你回不到秦始皇时代。
那么物体(有静质量)的物体速度为何无法达到甚至超越光速呢?
根据爱因斯坦狭义相对论,物体的速度越大,质量也就相应变大,当速度接近光速时,质量会趋于无穷大,这就是质增效应。再想加速就需要无穷大的能量才行,显然这是不可能的。
对于光速不变原理,还有一点需要强调,广义上的光速不变实际上还包含着以下内容:
举个例子,假如你我分别以60%光速反方向飞行,我们观测彼此的相对速度是多少呢?120%光速(60% 60%)吗?
并不是,你我的相对速度仍旧是光速,而不会超越光速。即使我们两个的速度无限接近光速(比如99.99%),我们两个的相对速度仍旧是光速。
说到这里,就需要提到洛伦兹变换。我们所在的低速世界基本上用伽利略变换就可以了(说白了,也就是速度叠加)。
但一旦上升到亚光速世界,伽利略变换就不准确了,需要用到更准确的洛伦兹变换。实际上,伽利略变换就是洛伦兹变换的特例,低速世界的特例。
从上面的公式中就可以看出,当v1和v2非常小时,分母就趋于1,洛伦兹变换就成了伽利略变换,这也说明了伽利略变换是洛伦兹变换的特例。
最后总结一点,虽然我们无法达到或超越光速,我们无法利用速度回到过去,但是大自然似乎并不反对我们回到过去。广义相对论预言的虫洞有可能让我们“超光速”飞行,甚至回到过去。
虫洞是连接两个不同时空结构的通道,虽然科学家还没有找到虫洞,但理论上它是存在的。或许未来某天我们可以通过虫洞瞬间到达遥远的星际距离,甚至回到过去。
也说不定未来某天有未来人会通过虫洞造访地球。
你,期待吗?