很多人在接触到宇宙时间的不存在这一观念时,往往会感到困惑不已,但是很感兴趣。数百万年在地球这颗小小星球的表面所形成的常识,本能地抵触这种想法。
我们虽然能够在自己及周围的事物上发现时间流逝的痕迹,然而时间本身却是一个高度抽象的概念,它看不见、摸不着,却持续不断地流转着。
尽管这种说法令人费解,但我们不得不接受一个事实:时间并非我们以往所想的那样简单明了。
然而,我们自以为熟悉的空间概念,其实也并非如我们所想。我们对空间的了解同样匮乏。
在普通人的认知里,一米就是一米。
事实并非如此,它取决于观察者是谁。
空间和时间是交织在一起的:时间一旦改变,距离自然也会随之变化。
你可能会感到迷茫,为何一定要这样呢?
为何时间膨胀必然导致距离和长度的收缩呢?
答案在于自然界中存在一个绝对的、不可逾越的速度极限:那就是光速。
如果距离不发生收缩,那么你必然会突破光速的极限。
在太空中,光的速度大约是每秒300,000公里。
假设一个地球观察者看到你正以87%的光速前行,即每秒260,000公里,这里的每秒是以他为参照的。
以这样的高速飞行的你,肯定明白你所经历的一秒与观察者的一秒并不同步。在光速的87%的速度下,你的一秒相当于地球的两秒——在这两秒内,地球的观察者会看到你移动了520,000公里。因此,在他看来,你移动的距离是你实际移动距离的两倍。
这似乎并不奇怪,对吗?
实际上,这并不寻常。因为尽管你在他的两秒内移动了520,000公里,但对你来说,这段时间仅为一秒。
那么对你来说,你的速度就是520,000公里/秒。
然而,光速只有300,000公里/秒。你将打破宇宙中的速度记录……
但这是被禁止的,不是由警察来执法,而是由自然法则。记住,没有任何物体能够超过光速,这一点在二十世纪初的许多实验中得到了验证,而在太空中,光速始终保持不变(既不加快,也不减慢)。牛顿无法用他的理论解释这种现象,但爱因斯坦通过他的相对论做到了。
在爱因斯坦关于物体运动的狭义相对论中,时间膨胀必须伴随着距离收缩,这样才能确保从任何观察者的角度来看,没有任何物体的速度能够超过光速。
如果站在地球上的人的时间流逝速度是你的两倍,那么对你来说移动的距离实际上只相当于地球上观察者所认为的一半。
以87%光速移动的你,并不会感觉到自己每秒移动了520,000公里,而是只移动了260,000公里。在地球观察者眼中的一公里,在你这里缩短为半公里。
而你的速度,无论是你自己测量还是他人测量,都保持不变。
速度不取决于观察者,但时间和长度却与观察者息息相关。
当你以更快的速度飞行时,远处的星系似乎更接近你,因为它们实际上是在接近你。这是千真万确的。这种现象不仅发生在物体与你的距离上,物体本身也会因速度增加而缩短。在未以同等高速移动的观察者看来,高速移动的火箭及其上的乘客都发生了收缩。
你自己也是如此。以87%的光速飞行的你,像超人一样,伸拳越过头顶,身体前倾,在地球人的眼中,你的身高减半,但与你一同高速飞行的观察者看来,你一切正常,因为他们用来测量你身高的尺子也同样缩短了……
所有这一切,都源于接受了宇宙中存在一个固定、有限且无法超越的光速这一事实。
爱因斯坦在1905年关于狭义相对论的论文中,阐述了这一切,揭示了大自然为那些想要进行高速旅行的人定下的规则。
听起来是不是很奇特?当然。
是不是违背了直觉?的确违反直觉。
但这就是自然的运作方式。
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