我感興趣地閱讀了愛因斯坦的相對論及其關於光速是普遍限速的命題。
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因此,如果我以(實際上)光速在太空飛船旅行,我會凍結並停止移動嗎?
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我周圍的宇宙會凍結並停止運動嗎?
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時間會停留在誰身上?
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我感興趣地閱讀了愛因斯坦的相對論及其關於光速是普遍限速的命題。
因此,如果我以(實際上)光速在太空飛船旅行,我會凍結並停止移動嗎?
我周圍的宇宙會凍結並停止運動嗎?
時間會停留在誰身上?
這類問題源遠流長。作為一個年輕的學生,愛因斯坦試圖從騎摩托車的人的角度想像電磁波的樣子。但是現在,由於愛因斯坦本人,我們知道談論這樣的觀察者確實沒有任何意義。
最直接的論據是基於實證主義的思想,即概念只有在您可以定義的情況下才有意義如何在運營上對其進行衡量。如果我們接受這種哲學立場(這與我們在物理學中討論過的每個概念都不兼容),那麼我們就需要能夠從觀察者和測量設備的角度來實現這一框架。但是我們不能。由於愛因斯坦和他的摩托車要達到光速,將花費無窮的能量。
由於實證主義的論點常常可以殺死完全有趣且合理的概念,因此我們可能會問是否還有其他原因?允許這樣的框架。有。交集是最基本的幾何思想之一。相對而言,我們希望即使不同的觀察者在很多事情上都存在分歧,他們也會在世界線的交匯點上達成共識。粒子碰撞或者沒有碰撞。箭頭要么擊中靶心,要么沒有。因此,儘管廣義相對論在坐標變化方面比牛頓力學要寬容得多,但存在一個局限性,即它們應該是光滑的一對一函數。如果對於v = c有類似Lorentz變換的東西,那將不是一對一的,因此它在數學上與相對論結構不兼容。 (一種簡單的方法,即不能一一對應的是,長度收縮會減少到點的有限距離。)
如果一個相互作用的無質量粒子系統是有意識的,並且可以進行觀察,該怎麼辦?上一段中給出的論據證明這是不可能的,但讓我們更加明確。有兩種可能性。系統質心的速度V在c處移動,或者不移動。如果V = c,則所有粒子都沿平行線移動,因此它們不相互作用,無法執行計算且無法自覺。 (這也與粒子在c處移動的正確時間s恆定,ds = 0的事實是一致的。)如果V小於c,則觀察者的參照係不會在c處移動。無論哪種方式,我們都不會讓觀察者在c處移動。
您不能以光速行進。因此,這是一個毫無意義的問題。
有人會說時間以光速停滯的原因是,在穿越時空的任何路徑上都可能以小於光速的兩個點來進行計算粒子沿著該路徑在這些點之間傳播時經歷的時間。計算公式為
$$ \ Delta \ tau ^ 2 = \ Delta t ^ 2-\ frac {1} {c ^ 2}(\ Delta x ^ 2 + \ Delta y ^ 2 + \ Delta z ^ 2)$$
其中$ \ Delta \ tau $是移動粒子經歷的時間,其他$ \ Delta $是空間粒子之間的時空坐標差由外部觀察者測得的兩點。如果您進行同樣的計算,然後盲目地將其應用於光速路徑,則會得到$ \ Delta \ tau = 0 $。
是的,我同意戴維的觀點。如果您以某種方式能夠以光速行進,那麼一旦您恢復了“正常”速度,似乎“您的時間”與參考時間相比就沒有進展。這可以通過洛倫茲時間膨脹方程建模:
$$ T = \ frac {T_0} {\ sqrt {1-(v ^ 2 / c ^ 2)}} $$
當以光速($ v = c $)行駛時,在根部下方,您將得到0。如果可以,則此答案將是不確定的或無窮大(讓我們無窮大)。參考時間($ T_0 $)除以零將是無窮大;因此,您可以推斷出時間是“凍結”了以光速運動的物體的時間。
速度是相對的,因此,無論您是相對於某物以某種速度“旅行”,還是某物相對於您以某種速度進行旅行,效果都相同。現在,您在宇宙中有物體以相對於您的各種速度行進。如果您決定將速度更改為與現在相比接近光速,則會發現物體相對於您的速度範圍仍然相同。這是因為沿增加方向移動接近c的對象將變慢,而沿相反方向移動的對象將增加其速度。
但是,您還會發現物體相對於您的速度增加,那裡的事件順序變慢,包括從您的角度看時鐘的運行,隨著它們接近光速,接近零。
如前所述,您不能以光速行進,但是可以觀察我們接近光速行進的極限。
所以,如果我要行進,
如果您的航天器是在關閉位置飛行,那麼我會凍結並停止運動嗎?
對於光速,航天器上的時間會減慢(將接近零或凍結)。這是什麼意思?航天器中的所有物體都將非常緩慢地移動,例如移動的人,電信號,一切都減慢了相同的速度(從靜止的觀察者那裡看到)。
從航天器上的人的角度來看以正常的速度旅行(因為如果時間變慢,您不會注意到它,因為一切都以相同的速度變慢,包括您的思維過程)。因此,宇宙飛船內部似乎沒有什麼奇怪的。但是,如果您觀察到恆星經過,則會發現由於像差和多普勒頻移而產生的奇怪影響。
請參閱此鏈接,了解航天器將以相對論速度飛行。
我周圍的宇宙會凍結並停止移動嗎?
不,宇宙會像往常一樣繼續工作。本質上,在宇宙飛船中,時間移動的速度比在宇宙中其他地方的移動速度慢。因此,內部的老化速度要比外部的慢。但是,您沒有註意到這一點(從您的角度看,時間似乎在正常運行),您只會看到外面的星星變成藍色(由於高速的多普勒效應,並且朝著您的行進方向移動了一點(由於畸變))。有關更多詳細信息,請參見上面的鏈接。
時間會停留在誰身上?
從他們的角度來看,沒有人注意到時間變慢。取而代之的是,只有靜止的觀察者註意到,航天器上的人的時間正在減少。
時間不會凍結。相反,世界上的所有事件都將在同一時間和地點發生(從以光速行進的觀察者的角度來看)。
最好說世界(即空間&時間) )會崩潰成單點。
我可以回答您的第三個問題,其他問題已經回答。這裡有兩個基本問題需要回答:
#1的答案是肯定的。他們的數學描述在其他答案中正確無誤,因此我不再重複。但是要了解它,請想像您體內有小的光子鐘。 (據目前所知,我們想像我們的大部分質量/能量是由於無質量膠子在某種限制下以夸克的速度行進/振盪以及夸克,但沒人知道夸克的結構是什麼,我們想到了點狀)。因此,我們將把小型光子時鐘當作膠子。光子時鐘具有反射鏡,並且反射鏡反射光子,即刻度。隨著您身體的加速,光子將必須趕上鏡子,但是在速度c時,鏡子也將以速度c移動,因此光子將永遠不會到達鏡子,沒有滴答聲。您的時間與一位外部觀察員凍結了。
要指出的是,這也意味著您身體的內部結構將凍結給外部觀察者,因為無法再發送任何有關它的信息,因為其碎片將以速度c移動,並且內部的相互作用您的身體和光子鐘看起來似乎凍結了。
現在還要指出的是,根據SR長度的收縮,觀察者的身體大小也會像點子一樣。
現在回答#2並不是那麼簡單。您仍然會看到自己的光子時鍾正常計時。因此,您的身體將正常運行。但是您會看到整個第四暗淡。乍看上去。您會看到整個時間軸的整個路徑,宇宙的起點和終點以及它們之間的所有快照。當然,由於3D觀看者可以一次看到2D平面的每一位(沒有障礙),所以您現在4D觀看者可以看到3D世界的每一位而沒有障礙,將其折疊起來,將每個3D結構都折疊起來,這樣沒有障礙,您可以看到其中的每一點。
以光速行駛時不存在。好吧。如果物體以光速行進,則其起點和終點是相同的。這個問題沒有意義,因為以光速行進意味著您一直以光速行進。當然,從觀察者的角度來看,光速是確定的數,但是對於光子時間而言,這不是“事物”。因此總的來說,它不會停滯不前。
我不同意那些拒絕這個問題的人。正如本·克洛威爾(Ben Crowell)提醒我們的那樣-愛因斯坦本人對此進行了考慮。
相對論的一個經常被忽視的方面是它的互惠性。如果您是相對於我移動的,那麼從我的角度來看適用於您的任何相對論效應(例如,時鐘變慢),從您的角度來看同樣也適用於我。
首先要記住的是,無論您相對於其他觀察者的移動速度如何,您個人的時間體驗(即您的正確時間)都將保持不變。
如果您相對於其他觀察者以接近速度c的速度運動,那麼從他們的角度看,您似乎正在以非常減少的速度經歷時間。結果將是完全對稱的,因為從您的角度來看,其他觀察者似乎是時間幾乎停滯不前的觀察者。
因此,您的問題的答案是:
1)從您的角度看,您將不會在航天器上經歷時間的任何變化。當觀察者相對於您漸近地接近c計時時,航天器上的事件似乎會及時凍結。
2)當以您的參照係為基准進行衡量時,這些觀察者的時鐘在您看來將被凍結。 (在這裡,我將“宇宙”指的是相對速度接近c的所有觀察者)。
3)時間對任何人都不會停止。
我不同意大衛,我發現他的回答有點奇怪。
為簡單起見,讓我們假設我們在 $(1,-1,-1,-1)$ span> Minkowski空間中工作。光子沿 $ x $ span>軸方向移動。在時間 $ 0 $ span>時,光子在點 $(0,0,0,0)$ span>,並且在時間 $ 1 $ span>在時間點 $(1,c,0,0)$ span>。
因此兩個事件的時空距離為 $$ c ^ 2-(c-0)^ 2 = 0 $$ span>
結果,光子在Minkowski空間中沒有“移動”。由於我們識別兩個不同事件的唯一方法是通過度量標準,因此這意味著這兩個事件是無法區分的。但是這種現像在數學中相當普遍。因此,光子的世界線成為Minkowski空間的封閉線性子空間的元素。商空間中的時空距離仍然可以定義,特別是如果我們想保留加法則可以指定零作為原點時間值。