好,今天小编关注到一个比较有意思的话题,就是关于费米实验室的问题,于是小编就整理了1个相关介绍费米实验室的解答,让我们一起看看吧。
一个以光速运行的人穿越银河系需要多长时间?是10万年还是0?
首先感谢邀请。我在看到你的问题时有个疑问。那就是你所说的需要多长时间是针对什么?是针对这个以光速行驶的人,还是针对观看他的人。因为视角不同,观测方式也就不同。
首先我们先列举一个例子,小明=光速旅行的人,小白代表旁观者。如果小明以光速从***系的这一头到达那一头的话,以光速行驶,它至少得走10万年的时间,同理小明的时间将会过去10万年,但是问题来了,小明的时间过去了10万年只是针对于小白,那么小明究竟花了多长时间呢?
在爱因斯坦的相对论中曾提到,任何物质都无法达到光速,因为任何物质都拥有质量,速度越快所承受的能量和质量就会越来越大,因此对于时空的改变也就会越来越明显,当速度维持在光速的时候,空间就会被折叠,因此我们将这种空间压缩效应称为隧道效应。时间和空间是并存的,因此当空间被压缩的时候,时间自然而然的也就会被压缩,因此小明所处的时间流速和小白所处的时间流速是不同的。
相对于小白来说,它需要10万年后,才能看到小明到达***系另一端所发出来的光,而对于小明自身而言,这个时间会大大缩短。对于小白来说,小明需要以直线的方式到达***系的另一端,但是对于小明来说,本身它所处的时空被压缩和扭曲形成了虫洞效应,因此对于小明来说它或许瞬间穿越了虫洞到达***系的另一端,也许只是一眨眼的功夫。
看了我的回答你会有疑问,因为归根结底我也没有把小明所使用的时间说出来。很简单,不是我不会,也不是我不告诉你,而是没有人知道,没有人知道答案是什么!因为在已知的世界中光速代表着极限,而目前来看,人类无法超越极限。
***设这个人是你,而且***设你真的能完好无损地以光速飞行穿越***系,那么对于你来说,并不需要时间,也就是说在你看来,你是瞬间穿越***系的。但对于地球上的我说,在我眼里你穿越***系的时间是10万年(事实上应该是20万年,我国科学家之前发现***系直径至少20万光年,不过这并不是问题的重点)。为何这样说?
这就是爱因斯坦狭义相对论中时间膨胀原理的内容:速度越快,时间就相对越慢。在不同的参照系下,时间流逝速度是不一样的(相对)。在地球上的我看你乘坐的光速飞船穿越***系,很容易计算出时间,因为在我眼里你就是光速飞行,而***系直径又是固定的,距离除以速度就可以了,得出来的就是10万年(不理解的可以参照太阳光到达地球需要8分钟,这里的“8分钟”就是地球上人类的感受)。
但是对于你本人来说并不是这样,地球上的我感受到的10万年与你没有任何关系。由于光速飞行,尺缩效应非常明显,在达到光速的一瞬间,任何再遥远的距离在你眼里都是无限近,你可以轻松地在瞬间跨越任何遥远的距离,甚至会跨越整个宇宙。
再看看时间膨胀公式:
公式中可以看出,如果你以光速飞行(仍旧***设)然后回到地球,地球上的时间其实已经过去了无限久,说白了你就不可能回到地球了。
当然,以上的分析都是建立在***设你能以光速飞行的基础上,事实上你不可能达到光速。只能无限接近光速,而时间膨胀现象和尺缩效应也只有在非常接近光速时才会比较明显。
这种问题的本质其实就是“同时的相对性”,在地球参照系里,你穿越***系需要10万年,在光速飞船参照系里,穿越***系需要时间为零!
***系的直径至少有10万+光年,即便以光速飞行,一束光也要飞行10万+年才能够飞出***系。当然了,这个10万+年是相对于我们地球时间来说的,如果光子也有一块计时的手表,那么它飞出***系的时间又是多少呢?是0还是10万年呢?换个方式问一下,转变成题主的问题,光子换成一个人呢?他自己经历的时间是多少呢?
爱因斯坦相对论告诉我们,速度越快,时间越慢,即时间膨胀效应。而且,爱因斯坦还给出了时间转换的公式:
从这个公式上可以看出,速度越快,越接近光速,时间越慢。当无限接近于光速的时候,时间慢的几乎停止。但是,当速度达到光速的时候,此公式却变得没有意义了。也就是说,爱因斯坦的相对论,只能够讨论低于光速下的时间变化;对于速度达到光速,爱因斯坦无法给出答案。当然了,相对论范围内,它也不允许速度达到光速。因为使物体速度达到光速,需要无穷大的能量才行。这个无穷大能量,或许只有上帝才能够提供。
当然了,这个公式也告诉我们时间是相对的。你的时间我的时间,都是相对的。处于不同的环境,时间的流速也会不一样。比如你运动速度快,那么你过1个小时,可能相当于我过1.1个小时。但不管处于怎么样的环境,对于我们自身来说,我们仍然感觉时间和之前一样流失。也就是说,我们自身无法感知时间流速的快慢,不管时间是快还是慢,我们的感觉都一样。
因此,即便我们真的以光速飞行了,我们仍然会感觉到时间在流动,而且这种流速和我们平常一样。只不过对于观察我们的人来说,他觉得我们的时间变慢了而已。至于变慢多少,没有人知道答案。或许只有我们可以达到光速的时候,才能够给出答案,把相对论再完善一下。
在我等地球上的观察者看来,这位穿越者穿越整个***系的时间应该是10万光年——如果***系的直径是十万光年的话。实际上今天我们已经明确知道了***系的直径是20万光年,那么这个横穿的时间在我们看来就是20万光年了。可是,就穿越者本身而言,他(或者是她)几乎只是用了一瞬间,就穿越了整个***系。为什么“几乎”呢?那是因为,现实中,并不存在能够以光速运动的实体的人,只好***设他能够以接近光速的速度运动。以这种速度运动的人,其时间流逝,在我们地球人看起来,二十万年间,人家自身的时间几乎是静止的,也就是说,穿越者只是用了一秒两秒,或者是一天两天,再慢点,也许是一周两周时间,就穿越了整个***系。这取决于他的具体速度接近光速的程度。无限逼近光速的条件下,他还真是仅仅一瞬间就实现了20万光年距离的瞬移!
到此,以上就是小编对于费米实验室的问题就介绍到这了,希望介绍关于费米实验室的1点解答对大家有用。