• 【闭眼瞎说】为什么速度越快时间越慢


           首先速度都是相对的,一辆骑车行驶在路上,速度是60km/h,指的是车相对地面的速度,或者说车相对一个地球上静止的物体而言,因为整个地球都是在运动的,这个60km/h不可能是说车相对太阳的。

          要谈速度越快,时间越慢,就要先说明光速的问题。目前人类已知光速是恒定大约30万公里每秒,这里的恒定指的是光速在真空状态下速度不随参照系而改变,这一点确实很恐怖,与低速物理学相悖论。举个例子说一下,普通一个人在火车上跑步,以2m/s,火车是20m/s,那这个人相对地面这个参考系速度就是20+2=22m/s,但是光却不是如此,一辆骑车照出来的光,其速度仍是原来的光速,而不是加上汽车的速度,这一点已经经过了实验验证了,虽然我也半信半疑,太诡异了~

    一、第一个思想实验。

           有了上面的铺垫后,现在用一个飞船光束同时绕地球的思想实验谈一下为什么速度越快时间越慢。上图中大的圆圈表示地球,箭头是一个理想飞船,小星星是光束(可以理解成一个光子)。

           假设光速是10m/s,飞船以9m/s接近光速行驶(当然现实以这种速度行驶时间不会变慢太多,只是为了方便计算),整个地球周长是100m。 

           如果地球上有一个观测者对飞船以及光束进行观测:当光束绕地球一圈时(当然假设光子会拐弯,这其实不重要),飞船落下光束10m;当光束绕地球10圈时,此时过了100秒,飞船走了900m,也就是飞船绕地球9圈,此时光束首次落下飞船整整一圈,也就是光束与飞船的第二次重合(第一次是初始时)。

          如果飞船上有一个观测者对这同一个光束进行观测:因为光束的速度不随参照系而改变,不管在地球上观察,还是在飞船长观察,它的相对速度都是10m/s,因此,这束光相对飞船的速度仍是10m/s,也就是说,经过10秒,这束光就会相对飞船走100m,也就是再次重合。

           综上所述,同样是光束与飞船的重合,在地球上是过了100秒,在飞船却是过了10秒,飞船上的时间变“慢”了。当时此时飞船的速度是光速的十分之九,如果无限逼近光速,飞船上的时间与地球的时间差将会大大增加。

    二、第二个思想实验

             往往很多小说中的人,坐上光速飞船后,往往在飞船上才过了1天,外面的世界可能就过了1年了。第二个实验主要就是把实验一从圆拉到直线上。假设现在飞船从距离地球100km的宇宙空间飞向地球,光速仍是10m/s,飞船是9.999m/s。

    从地球上观测:光束经过100000/10=10000秒到达地球,飞船100000/9.999≈10001秒到达地球,光束到达地球时,飞船距离地球大约还有9.999*1=9.999m。

    从飞船上观测:因为光速相对飞船仍是10m/s,所以想达到地球上观测的结果,即飞船距离光束相差9.999m,则需要9.999/10=0.9999秒,故飞船上只是经过大约0.9999秒,就能达到地球上的10000秒所观察的结果。

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