相對論如何讓你變得比其他人年輕?


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相對論如何讓你變得比其他人年輕?

上回我們說了雙生子效應,知道了怎麼做才能讓自己相對於一個慣性系的時間流速真實變慢,那就是相對於這個慣性係做非慣性運動。

那麼具體怎樣操作,這就是我們今天要說的內容。如何利用相對論的時間膨脹,讓自己比其他人更年輕。

這裡需要強調的是,狹義相對論的時間膨脹並不能讓你多活幾年,例如你能活100,那在你看來依舊是100歲,你的時間也在正常的一分一秒的過,只是你的時間不再和其他人對等,也許你的100年就相當於別人的200年,是這樣的意思。並不是讓你長生,永遠年輕,只是由於你的時間流逝變慢,相對於同齡人來說,你看起來年輕而已。

狹義相對論效應也並不能讓時間倒流,現在看來,讓時間倒流在物理學上是被禁止的。因為這會違背因果律。

好,我們開始今天的內容。

假如現在在宇宙空間中飄著一顆流浪行星,它不屬於任何星系,它的周圍也沒有任何其他的天體,那麼我們就可以認為這顆流浪行星相對於整個龐大的宇宙來說,就是一個孤立質點。

孤立質點和其他的事物沒有相互作用,那麼以這個流浪行星為原點建立一個坐標系,我們就認為它是一個完美的慣性參照系。

凡是相對於這個流浪行星做變速運動的參照系,都是非慣性參照系,假如我們乘坐一艘宇宙飛船繞著這顆流浪行星飛行的話,那麼我們時間流速相對於這顆流浪行星來說,就會變慢。

這樣我們就輕而易舉地實現了相對於這顆流浪行星的時間膨脹。

你可能覺得這沒意思,不過癮,流浪行星上又沒有生命,跟一塊冷冰冰的岩石比時間沒意義。那我們就把目光放回到銀河系。

把坐標原點放在銀河系的中心位置,雖然我們的銀河系在宇宙中受到了其他星系的引力作用,導致整個銀河系在做變速運動。

但對銀河系這個整體來說,尤其是我們身處在銀河系內,我們依然會認為銀河系的中心是一個超級好的慣性參照系,而我們的太陽係正在銀河系的三環以外,以每秒鐘250公里的速度繞著銀河系的中心公轉。

由於勻速圓周運動也屬於非慣性運動,因為它受到了慣性離心力的作用,因此我們整個太陽系相對於銀河系中心附近的所有天體,時間會流逝的更慢。

因此,就算我們整天躺在家裡不同,其實我們已經在相對於銀河系的中心在做非慣性運動,我們的時間已經比銀河系的中心要慢了很多。

如果銀河系的中心附近有外星人的話,那麼我們相對於它們,一直在感受著相對論效應給我們帶來的好處。 100年下來,我們可能比它們能年輕個400多天。

如果你想相對於它們擴大收益的話,坐個宇宙飛船,按照太陽公轉的方向繼續加速前進,速度越快,時間膨脹效應越明顯。

如果你以接近光速的速度繞著銀河系兜圈子,那麼你活個100年下來,銀河系中心附近的外星人估計都經歷了好幾十代人。

如果你覺得外星人看不見,摸不著,還不過癮,那就回到我們地球,和地球人比時間。

和地球人比,這也很簡單,把坐標系拉到地球上,把地球看作是一個近似的慣性系,這裡需要強調的是,地球也並非是慣性系,它除了公轉以外,還在自轉。

但是只要我們想辦法使得自己的運動狀態更加偏離慣性系,也就是比地球自轉還要加速的更猛烈一些,那麼我們就能做到比地球人時間的流逝速度更慢。

怎樣做?既然以地球為慣性參照系,那麼我們只需要坐飛機自西向東繞著地球飛行,這樣我們就相比於地球上的人更加偏離慣性系。那麼我們的時間就會流逝變慢。

這裡需要注意的是,一定要自西向東飛行,因為地球在自西向東自轉,如果我們朝著反方向飛行的話,那麼我們將變得更加接近慣性系。到時飛了幾十年一看,自己居然比地球上的人還要老。

所以,結論就是要想自己比地球人更年輕,就必須在地球上往東運動。

那麼你現在可能關心的是,這個理論對不對,非慣性運動真的可以讓我相對於慣性系更年輕嗎?

這個你大可放心!因為在1971年的時候,科學家已經做出這個實驗,結果和理論預測符合得非常好。

當時準備了三個銫原子鐘,一個放在了美國海軍天文台,一個乘坐飛機往東飛行,一個乘坐飛機往西飛行。

根據理論預測往東飛行的銫原子鐘,會因為非慣性運動比地面上銫原子鐘慢184納秒(-184ns),再考慮廣義相對論帶來的引力紅移效應,以及往東飛時飛機的高度,預測出來的銫原子鐘會比地面上的快144納秒(144ns);

理論預測的綜合效應為,往東飛的銫原子鐘會比地面的慢40納秒(-40ns),實驗的結果顯示,飛機上的銫原子鐘比地面上的慢了-59ns。

理論預測往西飛行的銫原子鐘會比地面的快96納秒(96ns),根據飛行的高度預測出來的引力紅移效應會導致銫原子鐘比地面快179納秒(179ns),理論綜合效應為,往西飛的銫原子鐘比地面上的快275納秒(275ns);

實驗結果為飛機上銫原子鐘比地面上的快了273納秒(273ns)。

可以看出理論預測和實驗基本吻合,在允許的誤差範圍內,這個實驗不僅驗證了狹義相對論中的時間膨脹效應,也驗證了引力紅移效應,更是說明了雙生子的問題,完全可以在狹義相對論的框架內解決。

以前有人認為,狹義相對論不能處理非慣性運動,有加速度就必須要用到廣義相對論,其實這是錯誤的認識。當然廣義相對論也能解決雙生子的問題。

好了,今天的內容就到這裡,這節課結束以後,我們的狹義相對論的部分就結束了。我覺得作為科普,了解這些就足夠了,不用在意那些繁雜的數學推導過程,畢竟相對論又買不了菜,更不會影響你沒有的工資,但是它倒是可以成為我們飯後的談資。