开着手电筒跑步,手电筒的光是不是就可以超光速了?
利用光速不变,爱因斯坦推导出了狭义相对论,并利用广义相对论解释了空间和引力的关系。
随着相对论的逐渐证实,真空光速不变,也渐渐成了板上钉钉子的事情。
但如果把相对论当做物理事实,我们会发现,并不是光速决定了相对论,恰恰相反,是因为相对论效应,决定了光速不变。
在广义相对论中,引力被描述为时空的一种几何属性(曲率),而时空的曲率则通过爱因斯坦场方程和处于其中的物质及辐射的能量与动量联系在一起。
简而言之,物质的总能量(静质量动质量,决定的总能量)会造成时空弯曲。
无论任何有能量的物质,都会造成时空弯曲,哪怕你拿着电筒跑动,也会造成时空弯曲。虽然相对于宇宙尺度来说,这样的时空弯曲可以忽略不计,但探讨速度叠加的问题,却不得不考虑在内。
时空扭曲下,会出现洛伦兹收缩:
但同时,压缩的时空还会出现慢钟效应:
时空扭曲,长度收缩的同时,时间变慢。
二者结合,会发现,无论你如何增加速度,光速依旧不变。
时间的基本国际单位是秒。它现在以铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁对应的辐射的9,192,631,770个周期的持续时间为标准。
虽然宇宙尺度下,时间的本质是连续的,不间断的,但人依旧只能通过物质的变化(包括自身的变化),来感受时间。相比较于地球,在黑洞附近的空间扭曲,造成物质变化速度不同,造成黑洞系统附近人在时间感官上的差异。进入黑洞之后,人感官上的时间,会变得趋向于无限静止。(物质状态的变化趋向零)
正是因为这个原因,拿着电筒跑的你,随着速度越来越快,越趋近光速总能量也越来越大,时间也越来越压缩。(本质上讲,你实际是越来越趋向于坍缩为黑洞)
通过慢钟效应,我们知道:虽然作为我们地球观察者来说,你无限接近光速,跑到了25光年之外的织女星,所用的时间依旧是25年。但对于你来说,他所经历的时间,却是瞬息之间的。
在无限接近光速的情况下,你在感官上,所经历的时间T,会无限接近0。
也就是说,虽然你的速度依旧只是接近光速,但他的自身的感官会觉得自己是超光速的,而且叠加的速度还不仅仅只是11的单纯相加。
本质上是因为洛伦兹收缩,造成了超光速的错觉。那么这个错觉下的超光速速度,也是符合洛伦兹变换。
洛伦兹因子:
你的真实速度V,乘以洛伦兹因子,便能得到这个错觉下的超光速速度。
作为,你之外的观察者,由于没有在你所在的能量系统之内,自然不存在慢钟效应,我们就会发现,你渡过的时间(生命流逝)比我们更短。
我们渡过50年,看到你接近光速从织女星溜达了一圈回来,但发现他竟然没有衰老。你在旅行过程之中,也从来不会观测到自己超光速,他所能发现的仅仅只是时空扭曲带下,距离上的洛伦兹收缩。接近光速带来的能量无限增加,空间扭曲加大,距离大大缩短了。
再次强调:在宇宙尺度来说,无论你自我感官时间如何的静止,宇宙时间依旧渡过了50年,本质上不存在超光速。
但如果哪一天能够解决近光速带来的一系列问题,人类依然可以利用这一种超光速错觉,进行超光速旅行。(本质上,相当于延长我们在宇宙尺度下的寿命)
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