「新浪科技综合」撼动时空的速度新浪科技综合2020-08-06 16:32:080阅
来源：《看不见的光》
我们已经知道 ， 作为量子的光子有一个非常奇特的性质——如果没有观察者 ， 光就不存在 。 然而 ， 无论是可见光还是不可见光 ， 光还有一个更加不可思议的特点 。 光带来的许多神奇效应都与其速度有关 ， 这或许是科学领域中最著名的速度 。 要知道 ， 高速运动和强大的万有引力会促使很多奇妙的现象出现 ， 这些因素既会影响光 ， 也会影响其他事物 。 例如 ， 在超高速运动的情况下 ， 时间会减慢（如果你从事的是一份很无聊的工作 ， 那这可不是什么好事） ， 距离会缩短 。 这个现象被称为“时间膨胀” ， 科幻作品经常提及 。 例如 ， 2014年轰动一时的电影《星际穿越》（Interstellar）中就有这样的情节 ， 在外星球表面的宇航员只经历了几个小时的旅程 ， 而他们仍在地球轨道上的同事却老了几十岁 。 不过 ， 人们对物体之间距离缩短的现象似乎没什么热情 。
19世纪末 ， 洛伦兹率先提出了一个著名的关系式 ， 以此点明时间和空间没有可以界定的边界 。 几年后 ， 爱因斯坦在解释这个问题时采用了同样的数学方法 ， 于是反映时间空间具体变化的关系仍然被称为洛伦兹变换 。 从这组关系式可以推算出一些惊人的结果 。 例如 ， 如果你以99%的光速运动 ， 那么宇宙会突然变成现在的1/7 ；原本距离你14光年的星星（例如 ， 夏季大三角中的牛郎星）会瞬间离你只有2光年远 ， 你在有生之年还有希望到达那里；以这样的速度运动 ， 客厅会缩小到不足1米宽 。
如果你的速度再快一点 ， 就会出现更神奇的效果 。 假设你乘坐的火箭以 99.9999999%的光速行驶 ， 膨胀系数为22361 ， 那么当火箭上的时间走过1年之后 ， 地球已经经历了223个世纪 。 不仅如此 ， 任何距离都会按照同样的比例缩小 。 1年之内你就能到达银河系的中心 ， 而乘坐当今最快的火箭到达银河系中心则至少需要4亿年 。 有如此广阔的天地任你驰骋 ， 你的社交圈也会大大地拓展开来 。 你可以将下次聚会的地点选在银河系中心的黑洞附近 。
然而可惜的是 ， 到了那时就没人陪你玩了 。 地球上的时间依旧按照原来的速率流逝 。 等你再回来的时候 ， 聚会就真的结束了 。 你只经历了两年 ， 老了两岁 ， 地球却度过了近5万年的岁月 。 全世界的地形地貌会彻底改变 ， 人类的风俗语言可能已经变得让你无法理解 ， 甚至某些物种都已演化 。 你会成为真正意义上的“赶不上时代的人” ， 比起时尚的流行变迁 ， 眼前的一切更加超乎你的想象 ， 没被当成怪物关进动物园就算是幸运的了 。
说到接近光速时空间和时间发生的变化 ， 为了让一切简单而直观 ， 你要记 住 ， 对你来说时间总是正常地流逝 ， 永远不会改变 。 如果你有幸活到85岁高龄 ，那么不管运动的速度如何 ， 你经历的都是实实在在的85年 。 只不过用天文望远镜观察你的那些人变老的程度会有所不同 ， 在他们眼中你老得很慢 ， 即使你自己并没有这样的感觉 。 关键在于 ， 时间流逝得不太正常的总是“别人” ， 绝对不会是你自己 。
但是你确实会感受到空间缩小了 。 以接近光的速度运动时 ， 你与前方目的地的距离的确缩短了 ， 所以你能更快地到达那里 。 此外 ， 在接近光速的情况下 ， 无论你的火箭指引向哪里 ， 宇宙中的一切物质看起来都位于正前方 。
这里要解释一下：这是行差原理 。 在雨中快步行走时 ， 我们需要将伞向前倾斜一些才能避免淋湿；在暴风雪中驾车行驶的过程中 ， 雪片给人的感觉好像是从正前方直接打过来的 ， 后车窗似乎完全接触不到雪 。 这些都是行差的例子 ，它是指物体的位置出现了偏差 。 光也会发生类似的现象 。 地球以每秒29.78千米的速度绕太阳运动 ， 我们身在地球 ， 公转改变了夜空中星星的位置 ， 让它们稍稍偏离了本该出现的地方 。 如果公转速度加快 ， 那么这种效果还会加剧 。 如果这个速度一直增加 ， 那么在逼近光速度时 ， 宇宙中的一切物质看起来都位于我们的正前方 。 此时 ， 从火箭的前挡风玻璃望出去 ， 我们看到的是一颗耀眼的“星星” ， 实际上那是宇宙中所有物质聚集起来形成的一个明亮的球；从后窗望去 ， 我们看到的是一片漆黑 ， 此时空间已经严重变形 ， 以至于在这个方向上什么都没有 。
简而言之 ， 由于我们自身的公转运动 ， 星星的位置才会被改变！
光就像一位充满幻想、技艺精湛的魔术师 。 它在真空中的传播速度为每秒 299792458米 ， 我们通常提到的光速就是这个数字 。 介质的密度越高 ， 光传播的速度就越慢 。 在玻璃中 ， 光速约为每秒200000000米；在水中 ， 光速约为每秒255000000米 。 所以 ， 阳光透过窗格射入人眼的过程是这样的：在经过玻璃的时候 ， 光会突然变慢 ， 穿过玻璃之后 ， 又会立刻加速 。 光在钻石中的速度是最慢的 ， 不同颜色的可见光在钻石中的穿行速度各不相同 。 正是这种速度的差异造就了钻石璀璨晶莹、光彩夺目的外观 。
尽管尝试过很多次 ， 可是直到几个世纪前才有人计算出了光速 。 它实在是太快了 ， 难以测量 。 意志坚定的“自然哲学家们”（当时人们都这样称呼科学家）可不是没有努力研究、勇往直前过 。 1629年 ， 荷兰科学家艾萨克·比克曼（Isaac Beeckman）想了个办法 ， 在距离火药远近不同的地方分别放置几面大镜子 。 他点燃火药 ， 让助手们同时观察火药发出的强光和镜子反射的光 。 因为光经过镜面反射到达人眼需要走过更长的距离 ， 所以火药的光和反射的光之间存在时间差 。 那么他们捕捉到两次闪光之间的延迟了吗？当然没有 。
推荐阅读
- 古都正|中国千年古都正在崛起“硬科技”
- 小米科技|外媒曝光：小米新奇想专利让超广角拍摄不失真
- 职场女性|巾帼不让须眉：科技界又多了一位女掌门
- 【行走自贸区】线下逛线上购！来曹妃甸综合保税区体验不一样的“海淘”|【行走自贸区】线下逛线上购！来曹妃甸综合保税区体验不一样的“海淘”
- 【行走自贸区】线下逛线上购！来曹妃甸综合保税区体验不一样的“海淘”
- 服贸会|金融科技新成果集中“上新”服贸会，150家金融机构携手亮相
- 省属|赋予科研人员职务科技成果所有权 事关8家省属高校、科研院所
- 【行走自贸区】三亚崖州湾科技城：企业人才纷至沓来|【行走自贸区】三亚崖州湾科技城：企业人才纷至沓来
- 创新服贸|创新服贸 互惠共享 | 智能科技改变生活 服务贸易添新元素
- 创新服贸 互惠共享 | 智能科技改变生活 服务贸易添新元素