费县美甲师招聘信息:问一下,时空问题.光速,相对论的问题.

来源:百度文库 编辑:杭州交通信息网 时间:2024/05/10 08:55:41
如果有和光速一样快的飞船,里面的人从太阳系和银河系中,飞上几分钟,那和他未飞之前同一时间的地球来说,会有怎么样的变化啊?
是飞船里的人迅速老死了!?还是穿越时空回到过去了!?还是能到未来啊?!
而在飞之前的地球会有怎么样了变化啊?!

设想有两个孪生兄弟甲和乙,甲乘飞船作太空旅行,乙留在地面等待甲。甲所乘坐的飞船在极短的时间内加速到速度v(速度v接近光速c)。然后飞船以速度v作匀速直线飞行,飞船飞行很长一段时间后,迅速调头并继续以速度v作匀速直线飞行。回到地面时紧急减速、降落,并与一直在地面上的乙会合。甲只在启动、调头、减速降落的三段时间内有加速度,其余的绝大部分时间都在作匀速直线飞行,处于狭义相对论适用的惯性系。

若τ为甲乘飞船作太空飞行所度过的时间,T为乙在地球上在甲乘飞船作太空飞行期间所度过的时间。则当甲作高速太空旅行,返回时会发现乙比甲变老了。

如果飞船速度非常接近光速c,相对论效应就会非常明显,如若v = 0.9999c ,则T=70.71τ。即如在这一对孪生兄弟20岁时,甲乘飞船作太空飞行,甲认为飞行时间只有一年,在其返回地面时,甲只有21岁,但他却发现乙却成了90多岁的老人了,亦即乙比甲年老了许多。

但是,以上情形还可以换另一个角度来考察。即对于乘坐太空飞船的甲来说,甲在飞船上静止不动,甲看到乙在极短的时间内朝相反的方向加速到速度v,然后乙以速度v作匀速直线飞行,乙飞行很长一段时间后,迅速调头并继续以速度v作匀速直线飞行,在与甲会合时紧急减速。在甲看来,乙只在启动、调头、减速的三段时间内有加速度,其余的绝大部分时间都在作匀速直线飞行、亦处于狭义相对论适用的惯性系。因此,在甲看来,如果略去乙启动、调头、减速这三段时间(因这三段时间相对很短),在乙离开飞船期间,乙所度过的时间τ与甲所度过的时间T也应存在前述关系(狭义相对论一般将相对于静止系统作匀速直线运动的系统内静止的钟所走过的时间记为τ,称为该系统的原时)

这样,在甲乙会面时,甲比乙变老了。即如乙作匀速直线飞行的速度为v = 0.9999c ,在乙飞离甲一年后与甲会面时,乙只有21岁,但他却发现甲却成了90多岁的老人了,亦即甲比乙年老了许多。

可见,从不同的角度分析其结论是不同的,而且是相互矛盾的。究竟是乙比甲年老了许多还是甲比乙年老了许多?还是两者都错了,二人应该一样年轻?这个命题就叫做“双生子佯谬”。

“双生子佯谬”使人们争论了很长时间,爱因斯坦在1918年专门写了一篇文章,以一个访问者和他本人问答的方式,说明了“双生子佯谬”的问题所在,“双生子佯谬”问题才告解决。

人们在讨论“双生子佯谬”问题时,无论从哪个角度考虑,总是为了应用狭义相对论,并认为启动、调头、减速这些过程的时间很短,所以将启动、调头、减速这些过程的时间给忽略了。但“双生子佯谬”问题的关键,恰恰是被忽略了的这些过程所引起的。

在按第一种观点考虑“双生子佯谬”问题时,乙留在地面等待甲,甲乘飞船作太空旅行,甲所乘坐的飞船在启动、调头、减速降落这些过程的加速、减速,都是相对于乙所在的惯性系而言的,所以这些过程没有什么附加的特殊效应,又因这些过程的时间都很短,所以可以将其忽略;而按第二种观点考虑“双生子佯谬”问题时,既认为甲及其所乘坐的飞船静止不动,乙在飞离甲及甲所乘坐的飞船时,乙在启动、调头、减速这些过程的加速、减速,是相对于甲所处的非惯性系而言的。按照广义相对论的等效原理,相当于考察乙的运动的参考系中有一个引力场,虽然甲和乙都处在这一引力场中,但因他们在引力场中所处的位置不同,因而引力场对他们的影响也就不同。在乙启动及减速降落时,甲和乙距离较近,他们的引力场势相差不大,引力场对他们时间的流逝的影响也相差不大,所以仍可将这部分较短的时间忽略。而在乙调头时,由于甲和乙的距离非常遥远,这时乙的引力场势远高于甲,它使乙的时间比甲流逝得要快的多,或者反过来说,它使甲的时间比乙流逝得要慢的多。这一影响超过了乙相对于甲匀速运动期间速度v对时间的影响,使乙飞行归来与甲会合时,乙仍然要比甲变老了。所以乙调头这一过程在考虑“双生子佯谬”问题时是不能忽略的。运用广义相对论进行计算的结果,可知乙飞行归来与甲会合时,甲仍然是21岁,而乙是90多岁。

1966年,人们在实验中测得μ子绕圆形轨道高速运动时,其平均寿命比在地面上静止的μ子的平均寿命长。1971年,人们又观察到了放在卫星上绕地球旋转的原子钟比地面上的原子钟走的慢的现象。这些实验证明了广义相对论的正确性,同时也证明了爱因斯坦关于“双生子佯谬”问题论证的正确性。

时间总是在流逝的,由于参照物不同而人的感觉也不同。

所谓的“高速运动物体的空间被挤压、时间被拉长”的相对论效果并不是由于高速运动而产生的。举个例子,大家都知道运动是相对的。假设有两个一样年纪的人,一个人在光速飞船上沿直线进行光速飞行,另外一个人在地面不动。那么双方看到对方都是在以光速远离自己,双方都看到对方的时钟比自己的要慢。这个过程经历一段时间之后,双方都会发现自己比对方要老一些,那么实际上究竟谁的年龄会更大呢?由于运动是相对的,而对狭义相对论片面的理解会导致这种悖论的产生。其实产生这种时间轴错位的效果,是由于从双方静止到双方以光速相对运动这个过程中的加速度,承受加速度的一方会获得这种效果。当飞船上的人以相反的加速度使得双方相对速度为零的时候,两个人的时间轴又回重合在一起。别相信什么穿越时空和回到过去的说法,那些都是科幻小说杜撰出来的。

时间在飞船上和在地球上的流逝速度不一样了,飞船已经达到了光速,所以对飞船上的人来说,时间是静止的,你说的“飞上几分钟”大概只能是指地球上的几分钟吧。

首先说明一下,不会有"和光速一样快的飞船",因为根据洛仑兹公式,当V=c时,时间值是一个分母为0的数.所以,原问题中的"和光速一样快的飞船",应该改为"无穷接近且低于光速的飞船".
这样,便有了两个坐标系——K(地球)和K'(飞船)
根据狭义相对论,K'相对与K做速度无穷接近c的均速直线运动,根据洛仑兹公式,K'的时间相对K无穷大;同理,K相对与K'做速度无穷接近c的均速直线运动,根据洛仑兹公式,K的时间相对K'无穷大。所以,不考虑引力,“几分钟”对于两坐标系时间值无影响。
然而,K在“几分钟”内处于引力场之中,而K’在“几分钟”内不处于引力场之中。根据广义相对论,时间在引力场中变慢,所以K的时间比K’的时间慢。
综上所诉,飞船里的人迅速老死了。