如果我的速度达到光速,会发生什么?

来源 :飞碟探索 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yedixx
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  如果你正以光速行驶,并开启汽车大灯,大灯的速度是不是就超过了光速?答案是:不可能!物理学知识告诉我们,我们的速度永远只能限于亚光速以内,所以还是不要尝试了。
  物理学家对这个问题的态度招来一片质疑的声音。难道是我们的思想太过保守吗?总有一些人不顾早已存在的证据,对爱因斯坦的质能方程式表示怀疑。例如,核武器和核能的出现已经证明了爱因斯坦是正确的,但直到现在,我还是每隔几周就能收到有人寄来的详细手稿,断言质能方程式E=mc2是错误的。
  在这里我不想赘述,只想给出一些观察结果,希望足以说明问题。狭义相对论预测,如果你给一个大质量粒子持续的力,它将运动得越来越快,最终慢慢接近光速,却永远不可能超越光速。例如,大型强子对撞机现在已经成功地将质子束加速到3.5万亿电子伏特,这意味着质子束的运动速度可以达到99.999994%的光速。当大型强子对撞机全功率工作时(能量是7万亿电子伏特),质子束将运动得更快,但即使这样,它也不可能超越光速。“达到光速”和“无限接近光速”之间的差别似乎只是学术上的事,却产生了巨大的影响。
  我们需要接受“或许我们错了”这样的可能性,但在这件事情上,有太多的证据证明我们并没有错。如果狭义相对论是错误的,粒子对撞机就不可能工作。同样,全球定位系统也不能工作。1887年,迈克尔逊和莫雷通过实验发现,对处于运动中的观察者来说,光是以同样的速度传播的。如果狭义相对论是错误的,那么这个实验结果就讲不通了。所有近代物理学(和技术)都是建立在狭义相对论基础之上的,到目前为止,一切实验都证明它是非常准确的。换言之,如果你试图证明爱因斯坦是错误的,就必须克服巨大的障碍。
  人们之所以对相对论产生这么大的困惑,部分原因是它存在于我们日常生活的方方面面。如果我站在一个以每小时96千米的速度行驶的车厢里,以每小时144千米的速度向前抛棒球,那么在站在轨道旁边的人的眼里,这个棒球的运动速度是每小时240千米。表面上看来,这个逻辑似乎同样适用于光速,其实不然。
  当你的运动速度接近光速时,就会发生奇怪的事情。而当你意识到中学物理老师欺骗了你(或许他们并非故意为之)的时候,会感到更加诧异。你们之中应该有很多科幻迷,或者至少都曾经学过牛顿的力学方程:F=ma。现在我们来解释一下这个方程,如果你给一个粒子持续的力,那么它将不断地做加速运动。让我们做一下极限假设:如果这个力持续足够长的时间,那么粒子就会一直加速,最终它的速度应该能超过光速。但事实并不是这样!牛顿的力学方程(至少就书面公式而言)是错误的。
  那么,如果你的行驶速度接近光速,并开启汽车大灯,会发生什么呢?从你的角度来说,什么都不会发生,或者至少不会发生什么特殊的事情。如果你的面前有一面镜子,镜中的你看起来还和以前一模一样。事实上,狭义相对论的神奇之处就在于,如果不看旁边的风景,你根本感觉不到自己在运动。
  但在旁边静止的观察者的眼里,一切都非常酷。他们会觉得整个跑车(或是船只,或是任何以99%的光速行驶的交通工具)沿着运动方向收缩了。如果此刻你恰好站着,看起来你就像失重了似的,并且身体像是被巨石压扁了一样。
  他们还会发现,你的钟表、心跳、语速、电脑运行都变慢了。的确是这样,但在日常生活中无法察觉。因为在通常情况下,地球上的这种影响效果大约是千万亿分之一;但在99%的光速下,你看起来只以原来速度的1/7在运动。在长度收缩和时间膨胀的共同作用下(基于数学的必要性),站在旁边的观察者会觉得你的灯光的运动速度达到了光速。同样,就像你站在火车上向外抛棒球会使棒球的能量增加(当然,你不能随便这样做)一样,灯光的能量也会增加。区别就在于,灯光的运动速度不会增加,只是看起来颜色更深了。在这种情况下,增加的能量转化成了紫外光。
  两艘宇宙飞船均以99%的光速相向飞行时,会发生更加奇怪的事情。常识让我们认为,两艘飞船的船长会看到对方以超光速的速度飞驰而来。但事实上,因为光速是恒定的,所以所有相对速度都比你想象中的要慢。在这种情形下,两个船长会看到对方以99.995%的光速飞来。
  让我们回到最初的问题上(顺便说一下,这个问题提得非常棒,这也是爱因斯坦年轻时曾经提出的问题之一),如果你的运动速度能达到光速,会发生什么呢?对静止的观察者来说,当你的速度越来越接近光速时,时间会变得越来越慢。如果你非要一个答案,那就是,如果你真的达到了光速,时间就会静止,这也意味着什么事情都不会发生了。但是这没有关系,因为你永远都不可能达到光速。
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