天文在线|光速能否被超越，星际旅行究竟能否行得通？( 二 )
假设你正在思考——“E”代表能量 ， “M”代表质量 ， 而“C”代表光速 ， 或者 ， 能量等于质量乘以光速的平方 。
洛伦兹收缩
以相对速度运动的物体 ， 相对论对其有另一种影响 。 除了获得质量 ， 它们还会在运动的方向上缩短长度——它们变得更小了！让我们看一看另一个常见的例子来感受一下 。
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试想象 ， 我们刚买了一辆全新的跑车 ， 内心无比激动 ， 于是立刻开着它去了离这儿最近的赛道 ， 想试一下它的速度 。 到达时 ， 我们慎重决定 ， 先让轨道专家测试一下这辆车 。 他绕着赛道出发 ， 没多久 ， 车速就提到了120英里每小时 。 我们对车的表现十分高兴 ， 但又开始担心这辆车太大 ， 我们的车库会放不下 。 于是决定 ， 当车经过我们时 ， 估计一下车的长度 。 我们已经知道车速是120英里每小时 ， 所以我们设立起一个非常精确的设备 ， 当整辆车经过一个固定点时 ， 就可以得到一个精确的时间 。 这个假想的测量仪十分精确 ， 它可以测量到小数点后十三位的精度 。 然后很简单 ， 用测量出来的时间乘上120英里每小时的速度就可以得到车的长度了 。 答案是15.9999999999974英尺 。
当车最终停下来的时候 ， 我们决定去核实我们的测量 ， 结果发现这辆车很精确的是16英尺长 。 无论是在运动时还是静止时 ， 测量都没有错误 ， 但最后的差异却是真实的 。 在实践中 ， 我们无法在相对于光速下如此低的速度中检测出这种微小的差异 ， 但是如果在相当大的速度下 ， 这种差异就会变得非常明显 。 如果一艘宇宙飞船以五亿八千万英里每小时的速度（大约光速的87%）航行 ， 它的长度将会是它静止时长度的一半 。 为什么会这样呢？
这种效应被称为“洛伦兹收缩” ， 你将会在章节“时间是什么”中回想起它 。 我们研究了速度对时间的效应 ， 我们在空间中移动得越快 ， 就在时间中移动得越慢 。 这种效应被称为“时间膨胀” 。 如果现在我们把这个知识应用到车的测量中 ， 就能明白为什么速度越快的时候车长就越短 。 同时 ， 必须要考虑到所有运动都是相对的 。 例如 ， 我们不能说某个恒星正在以每小时1,000,000英里的速度移动 ， 而应该说它正以这个速度相对于什么而移动 ， 因为它可能正以那个速度远离我们 ， 但也可能正以每小时5,000,000英里的速度相对于另一个星系移动 。 在我们车的例子中 ， 车速是相对于我们以及测量设备而言的 。 相对论告诉我们 ， 我们中的每一个人都在移动（当你考虑到地球的自转时 ， 就是这样的） 。
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用一艘高速掠过地球的宇宙飞船来举例 。 从宇航员的角度看 ， 地球快速经过时他是静止的 ， 因此我们的时钟运行缓慢 。 于是 ， 他意识到 ， 我们对飞船的间接测量值会比静止时的测量值要小 ， 因为在我们的计算中（长度等于速度乘以经过的时间） ， 我们是用运行缓慢的时钟计算经过的时间的 。 如果运行得慢 ， 经过的时间将会更少 ， 长度的测量结果也会更短 。 这个例子表现了一种常见现象——观察者会感觉运动物体在它的运动方向上缩短了 。
我们现在可以把包含了狭义相对论 ， 洛伦兹收缩和时间膨胀的所有这些信息整合起来 ， 变成下列简洁的结论：
1.速度导致物体质量的增加
2.速度导致物体在运动方向上收缩
3.速度导致时间变慢
宇宙中运动速度最快的粒子是光子 ， 它的质量为零 ， 这一点十分重要 。 尽管爱因斯坦的方程告诉我们任何物体都不能被加速至光速甚至超过光速 ， 光子依然以光速存在 ， 它也没有被加速至光速 。 再者 ， 爱因斯坦的方程并没有排除比光速更快的粒子存在的可能性 ， 这导致它们无法以低于光速的速度运动 。
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