谈论光速之前,我们先来说一下时间。
你可能会质疑,时间和光速之间有什么关系?为什么非要扯上时间呢?
别着急,下面会分析到,光速不仅和时间有关系,而且关系非常密切。具体什么关系,之后会详细解答,先来看看时间。
时间到底是什么?时间真的存在吗?很多人都会有这样的疑问,虽然我们总是感觉到时间与我们形影不离,但由于它看不见摸不着,总是感觉很虚幻也很抽象,所以至今人类都无法给时间一个准确的定义。
日常经验告诉我们,每个人的时间都是一样的,时间是绝对的。比如说你的一秒与我的一秒完全相同,不会有任何区别。
真的这样吗?并不是,时间并不像我们传统思维想象的那么简单。
爱因斯坦的相对论告诉我们,时间和空间是有机的整体,两者不可分割,时间和空间可以看做是一个东西。时间和空间都是相对的,每个人对时间和空间的感受都是不一样的。
时间和空间相互交织在一起,所以,时间发生了变化,那么空间一定也会随之改变。比如说,如果时间发生了膨胀,也就是变慢或者变快,那么长度必然会出现收缩,变短或者变长!
为什么时间和空间拥有这种关系?为什么两者总是一起变化?表面原因,两者是一体的,必须同时变化。
更深层的原因在于光速的绝对性,光速是绝对不变的。而光速与时间和空间有直接的关系,如果时间改变了而空间没有变,势必会违反光速的绝对性和光速限制。
好像有点枯燥,没关系,咱们举例来具体说明一下。
我们都知道,光在真空中的速度是每秒30万公里。假设我在地球上,你乘坐飞船以0.87倍光速的速度飞行,也就是每秒260000公里。
按照狭义相对论中的时间膨胀效应,你的时间就会变慢,你经历的一秒与我经历的一秒并不一样。具体来讲,你经历的一秒等于我在地球上经历的两秒。
那么,在我眼里,你在两秒钟飞行的距离就是520000公里。但是在你眼里,你飞行的距离只有一半,260000公里。
在我的两秒钟时间里,你飞行了520000公里,这个距离你的时间过去了一秒,是不是说明你的速度为每秒52万公里呢?
显然不是,因为你不可能超光速。上面每秒52万公里的速度计算过程完全是错误的,因为它是以我眼里的距离除以你经历的时间,你和我完全处于两个不同的参照系,只有同一参照系下的距离和时间对比才有意义。
你在你经历的一秒时间里飞行了26万公里,而不是52万公里,仍旧没有超光速。
也就是说,不管在任何参照系下观察,你的速度都不会改变,速度与参照系无关,与参照系有关的只是时间和空间,也就是距离。
你以亚光速飞行,就会出现尺缩效应,远处物体与你的空间距离就会缩短,也就是说离你更近了。比如说,你以0.87倍光速飞行离开地球,本来距离地球4.2光年的比邻星,距离一下被拉近,只有2.1光年了。
但在我眼里,这段距离仍旧是4.2光年。
而之所以会出现这样的结果,都是因为光速是绝对不变的,光速是不能被超越的。
所以,时间和空间为何会随着速度的变化而做出相应改变?大自然为何对时间和空间有这种要求?
目的只有一个,保证光速的绝对不变,禁止我们超光速。
光速,就像一个“霸道总裁”那样不可超越,绝对不变。在任何不同的参照系下观察光的速度都会保持光速绝对不变。
比如说,假设你开一辆小汽车,速度为V。我静止在地面上观察你。你打开车灯,在你眼里,车灯发出的光的速度是光速C。在我眼里车灯的光是速度是多少呢?
是汽车的速度加上光的速度吗?是V+C吗?并不是,而仍旧是光速,
这就是光的绝对性,光速不可超越。为什么不同运动状态下的你和我观察到的光的速度会是一样的呢?
因为你我两人的时间和空间发生了变化,只有发生变化,才能保证我们观察到的光的速度是相同的,不能超越光速!
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