当人无限趋近于光速时,一触即达是可以实现的,不过人的运动速度是无法到达光速的。
自从爱因斯坦的《狭义相对论》出现之后,人类对于时间有了新的理解——我的时间并非是你的时间,即时间是相对的。时间的相对性跟观察对象的运动的速度有关。当有足够的能量使人无限接近于光速时,人就具有无限接近于光的属性,即时间凝固。(人能否成承受这里不考虑)先简单说一下再证明。
在我们看来太阳发出的一束光需要8分20秒才能到达地球,其实对于光来说仅仅只是一瞬间的事情。因为你所看到光到达地球,手表上指针走过的8分多钟,只是代表了你个人的时间流过了8分多钟,而光的“表”是不会走“字”的,并不是它的表坏了,而是它的一直处于凝固状态,或者说光的速度就是时空的标尺。如果人也拥有光的属性,那么对于人来说同样没有时间上的概念。在爱因斯坦的理念中,时间空间本为一体,所以就可以在一瞬间到达宇宙的任意一个角落。
下面我会从两方面入手,说一下“时间膨胀”是如何产生的:
(1)勾股定理证明速度时间膨胀效应。
(2)量子力学——被无视的光子
证明:光是如何做到的?
要说到有实验证据为依据,就要从1887年迈克尔逊-莫雷实验说起。这个实验很好理解,这两人弄了一个光的干涉仪(下图)。
(如下图所示)当一束光从光源射出之后,通过分光镜会分出另外一束垂直于原来方向的光,当垂直的光接触到镜面就会反射改为垂直向下。原来方向上的光,同样会接触到右侧镜面,反射之后返回时会经过分光镜,改变方向垂直向下。
因为同为光速,在仪器静止的时候路程也相等,所以这两束光会同时到达下端的干涉屏上,即图左。当仪器相对运动时,例如向右移动(上图右),在伽利略的相对性原理下,水平的光会产生速度的叠减:V(减少的蓝光) = u(原蓝光) - v(仪器移动速度),即蓝光的相对速度慢了,或者可以肉眼观察,仪器向右移动,蓝光的路程长了,所以蓝色光会晚到达。
然而在宇宙中并不存在绝对静止的情况,世界万物一直在动,如果万物不动,万物中的分子原子电子也在动,并且承载万物的星球也在轨道上移动,就像地球围着太阳动,所以这个实验的结果,应该是图右:不同时到达。然而实验结果却惊呆了众人,两束光同时达到,屏幕上没有形成干涉条纹(下图为结果)。
这个实验说明了光速并不会遵守伽利略的相对性原理,不会产生速度叠加或叠减。用一句话来总结就是:逆风的光不会更快,顺风的光也不会更慢,光速不变原理。
因此如果一艘飞船向右行驶,光在船中运动也不会产生向右的叠加速度。看下图,当光在飞船内由下到上,在飞船内的人看来它是直上直下的,而在飞船外的人看来光走的轨迹是斜线。
在一个三角形中,斜边与直角边,斜边更长。同样一个光子在飞船上的人看来,飞船的时间t(船)=s(直角边短)/c,在外人看来,地球上的钟表 t(地球)=s(斜边长)/c,因为光速c不变相同,所以可以判断出:
t(地球) > t(船),可见同一件事,在两个人看来发生的时间不一样,即两个人的时间流速不同。
我们把飞船运行的轨迹、光在飞船上的人眼里走过的轨迹、光在地球上人眼里走过的轨迹连成线,可以得到一个三角形,并由勾股定理得到地球上的时间与飞船的时间关系(很简单有兴趣可以自己算一下):
而两个时间的比值(t/t')则为下图部分,这部分叫做洛伦兹因子,因为是荷兰物理学家洛伦兹最先发表的。
也可以叫做修正因子,在相对论中除了时间的是不等的,质量、尺寸、速度都是相对的(如下图)。在质增效应中,可以发现v必须小于c,除非m0等于零,即静质量为0,速度才可以等于光速。然而人是有质量的,所以人无法达到光速(这个问题量子力学会重点说)。
可以说修正因子是体现高速运动物体,物理性质发生改变的问题,修正因子的曲线如下图所示。
由图可知,当物体运动速度无限趋近于光速时,而两个地方时间的比值(t/t')也趋近于无穷大,所以当飞船的速度无限趋近于光速,则t'(t船)无穷小,时间无限小则为无限接近时间凝固,拥有了光子的属性,无论哪里一触即达。
例如:当t=190亿光年时,地球上的人认为即使是光速需要花190亿年才能到达的地方,对于飞船来说,t'无限小,为无穷小的时间,也就是一瞬间到达。
量子力学证明
在爱因斯坦的《广义相对论》中,描述了质量可以使时空弯曲,产生了引力场,而光走的是类光测地线,也会跟随弯曲,所以引力弯曲的时空时间流速也会改变。(这里不赘述了)
在宇宙各处中存在一种场,叫做希格斯场,2012年科学家通过实验发现了希格斯玻色子的存在,于是确认了这种场的存在,希格斯玻色子也叫做质量之源,因为它赋予了基本粒子的质量。
正常来说基本粒子是没有质量的,而当它们在希格斯场中运动时,与场产生了相互作用,具备了一定的势能,于是粒子便有了质量。
有一种粒子除外,就是光子。光子不与希格斯场发生作用,所以光子的静质量为0,因此除了引力,它也不会受任何有质量的物体的影响。
同理,一个物质想要一触即达,也要免疫空间中的希格斯场的束缚。而人是由原子构成的,原子又是由原子核电子构成的,电子核又是由质子和中子构成的,质子中子又是由夸克构成的,夸克本身的质量又是在希格斯场中获得的势能,所以人无法到达光速,因为组成人的粒子一定受到束缚,想不受束缚除非不是人,改由光子构成。
当物体拥有巨大的能量来抵抗自身粒子受到的各种场的束缚,就可以无限趋近于光速,便可瞬息移动、一触即达,但是会不会“散架”就不好说了。