谁知道《星际迷航》中的曲率飞行是怎么回事?在动力学中,一般的,一个物体相对于另一个物体做变速运动时便会产生曲率。这是由于时空扭曲...
谁知道《星际迷航》中的曲率飞行是怎么回事?
自己理解一下,应该就是这样吧
http://baike.baidu.com/view/924189.htm
http://baike.baidu.com/view/1270677.htm
曲速最初只是作为一个概念在《初代》中提出,但在后来引起了一些物理学家的兴趣,并提出了相似的模型。在《下一代》以后的电视剧与电影中,曲速使用了其中的一个模型阿库别瑞引擎的定义。
阿库别瑞引擎:
俗称为阿库别瑞引擎或曲速引擎的“阿库别瑞度规”,是一项推敲性的时空数学模型,可以仿造出科幻中星际奇旅(Star Trek)里的作为跨星际的超光速航行的工具——曲速引擎,因此才被俗称为“曲速引擎”,这种俗称也出现在物理学的期刊论文之中。
阿库别瑞引擎遵守广义相对论中爱因斯坦方程,在这范畴下建立出一项特别的时空度规。 物理学家米给尔·阿库别瑞于1994年提出了波动方式展延空间,导致航行器(简称为“船”)前方的空间收缩而后方的空间扩张,前后所连成的轴向即为船想要航行的方向。船在一个区间内乘着波动前进,这区间称为“曲速泡”,是一段平坦时空。既然船在泡泡内并不真的在移动,而是由泡泡带着船走,广义相对论中对于物体速度不可超过局域光速的限制就派不上用场。目前还不知道怎么引发出这样的波动,或是一旦引发了,船要怎么离开它。因此阿库别瑞引擎至今仍属于理论概念范畴。
脉冲星的密度高达10亿吨/立方厘米,这是真的吗?
中子星也是是大质量恒星演化路径上的一条,当核燃料耗尽恒星的残留铁核的质量大于钱德拉塞卡极限质量,也就是1.4倍太阳质量的时候,简并电子的压力已经无法足以对抗强大的引力,原子核外的电子被压入原子核内,与质子形成中子,原子核也完全瓦解,加速核心的塌缩,此时由中子简并的压力抗衡引力,形成稳定中子星体。
中子星半径一般在10千米左右,但质量在1.4至3倍太阳质量,所以其密度可以达到10亿吨/立方厘米。是除了黑洞之外,最致密的天体。脉冲星就是自转的磁中子星,它的磁场很强,沿着磁轴发射的辐射会随着中子星进行自转,就像灯塔发射的扫射光束一样,每自转一周,其辐射就扫过一次,这些稳定的脉冲周期就是中子星的自转周期。
我国在贵州建立有世界上最大口径的射电望远镜-天眼,它的主要科学任务之一就是发现脉冲星。利用它500米口径的球面天线,天眼投入使用2年间已经发现了44颗脉冲星,为星际导航,引力波探测提供了理想的工具。
脉冲星其实就是一种中子星,它们的自转速度很快,自转周期十分稳定,它们在磁轴两极辐射出的电磁波会以一个非常稳定而且又短的周期扫过地球。既然是中子星的一种,这意味着脉冲星具有极高的密度,它们的密度可以达到每立方厘米数亿吨的程度,10亿吨/立方厘米可能高了一些。
中子星之所以拥有如此之高的密度,与其形成过程有关。中子星的前身是大质量恒星,其质量在太阳质量的8到20倍之间。大质量恒星在核聚变反应还能进行时,强大的辐射压可以支撑起恒星结构。但到了最后,核聚变反应产生的辐射压无法支撑自身重力时,核心部分就会被自身重力极端压缩,导致原子核外的电子直接被压缩到原子核中,并与质子发生中和,结果就产生了一种基本由中子构成的极端致密天体——中子星。
中子星的密度极高,对于一个质量与太阳相当的中子星,其半径仅有10公里。如此巨大的质量集中在如此小的空间中,使得中子星拥有十分惊人的密度。中子星的密度与原子核相当,平均密度可达5×10^17千克/立方米,即5亿吨/立方厘米。中子星的表面密度大约为10^9千克/立方米,即1吨/立方厘米,中心附近的密度则可达8×10^17千克/立方米,即8亿吨/立方厘米。
由于中子星十分致密,在其附近将会产生极端的引力场。当两颗中子星发生合并时,将会激发空间产生超强的引力波,并且还会合成出大量的金、铂等金属。天文学家在去年首次探测到了这种事件——GW170817,它发生在1.3亿光年之外。
脉冲星指的是宇宙中能发出周期性电磁脉冲信号的大质量天体,它本身是中子星的一种,体积虽然不大,只有10到30公里的直径,但它们的自转速度很快,一秒钟可以转好多圈,有的甚至可以高达1000圈,而且其自转周期十分稳定,磁轴两极辐射出的电磁波就会周期性扫过地球而被我们的天文仪器监测到,因此我们才发现了它们。
中子星是一种物质密度非常高的天体,一立方厘米的质量在8000万吨到20亿吨之间,这是由于中子星本身质量大小不同以及表面和核心密度不同的原因,它之所以密度如此之高,是因为它本身实际上就是中子集成的一个巨大原子核,和原子内部原子核的密度基本相等,但是由于质量巨大导致其本身引力场十分强大,所以它的密度甚至更高一些。
中子星都是由大质量恒星经过超新星爆发形成的,原始质量在8到30倍太阳质量的恒星到了晚年时期,当内部核聚变开始聚合成铁元素的时候就会发生超新星爆发,这个时候核聚变反应产生的辐射压无法支撑自身重力,导致星体的核心部分向中间塌陷,对外部的物质也会往里面坍缩,撞击的内部的核心上时,又会被反弹出去,因此其核心遭受的重力作用非常巨大,将原子中的电子都压缩到了原子核的质子中,于是就形成了中子,这时候恒星的中间就形成了中子星,而整个中子星就好像有无数个中子形成的巨大原子核。
不过中子星并非密度最高的天体,比它更高的还有夸克星和黑洞,夸克星是由于遭受的重力作用更大而导致中子也被压垮而融合到了一起,这基本可以理解为达到了夸克的级别,一个夸克星实际上就是一个巨大的中子,它的密度比中子星还大。
黑洞就更恐怖了,它的引力场连夸克也给压垮了,达到了一种我们还无法知晓的级别,而且黑洞的物质一般认为会聚集在奇点上,在这里,物质的密度大到了什么程度?我们还并不知道。
实际上是中子星,根据质量密度大小不同,中子星上面物质每立方厘米在1~20亿吨重之间。
脉冲星是中子星的一种,是会旋转的中子星,而且其能量射线扫射到地球,被人类所捕捉,就成了脉冲星了。
中子星是大质量天体死亡后留下的残骸,这个残骸只有10~20公里直径,质量却有1.4~2个太阳质量。如果数学还好的人随便算一下,凭着种密度,1立方厘米质量有多大不就出来了。
一般来说,大于7倍太阳质量的恒星死亡时会发生超新星大爆炸,抛弃大部分质量,中间核心部分急剧收缩,最终就会成为一个中子简并态的星体,就是中子星。
如果这个中子星的质量大于太阳质量的2~3倍,就会继续坍缩,直到缩小到史瓦西半径以下,就会无限坍缩成一个奇点,变成一个黑洞。
中子星所谓中子简并态,是指中子星整个星球都由中子组成。
这是因为巨大的压力把原子压碎了,电子被压缩到了原子核里,与质子中和成了中子,大家密密匝匝的挤在一起,整个星球就成了一个由中子组成的巨大原子核。
我们知道地球上所有的物体都是用原子组成,而原子是由电子和原子核组成,电子云包裹着原子核,电子与原子核之间有巨大的空间。
原子核的体积只是原子体积的几千亿分之一,却占有原子质量的99.96%。所以实际上我们看到的所有物质从微观上看都是一个蓬松的东西,如果把这个蓬松的东西打碎压实,压成了原子核,密度和比重就增加了几千亿倍。
中子星就是这样把原子核压实为一锅中子汤的物质,所以它的密度和重力有多大就可想而知了。
老有人说,科学界说中子星上的物质这么重,是凭空估计,谁也没有去取一小块来称过,所以不可相信。
科学界观测天体可不是像一些人这么胡思乱想的,科学家有很多方法来测算这个天体的数据,比如引力扰动、体积大小、光谱能量等等,中子星的性质就是这样测算出来的。人类发现的中子星已经有数千颗了,经过用科学的方法,全世界科学家们无数次的验证,得出的这些数据是可信的。
当然如果能够去中子星上取一小块物质称一下,就会更有说服力了。但这是完全不可能实现的,就比如测量钢水温度有一两千度,用遥感温度计测,你就不信,非要用手去摸一下才能算数,这么可能呢。
不要说每一颗中子星距离我们都在几百上千光年以上,人类迄今连1光年的太阳系也无法走出,而且即使能够到达,中子星也无法接近和登陆。
中子星不但物质比重大的出奇,表面重力达到一半光速,也就是每秒15万公里才能逃逸,除了光,掉在上面的东西就永远也出不来了。
新中子星温度奇高,中心可达万亿度,表面可达上亿度;且旋转极快,快的每秒达上千转;中子星的磁场达到万亿到几十万亿高斯,太阳才几千高斯,地球才0.7个高斯。
这样一个极端天体别说到上面去,就是靠近也不得了了。一个70公斤的人如果进入了中子星的引力范围,被拽了下去,其摔落下去的冲击能量相当于2亿吨TNT炸药爆炸威力,也就是10000多颗广岛原子弹爆炸当量。谁敢去谁去充当这个炸弹吧,无需研究就能得到人类最大的氢弹了。
即使一切都不在话下,有人硬是有本事从中子星上盗取了一小匙物质,也不能离开中子星。
如这个傻蛋乘坐亚光速飞船逃离,速度在每秒15万公里以上,是能够摆脱中子星引力的。但那一小勺物质一离开中子星强大的压力约束,立刻就膨胀了,爆炸的威力决不亚于若干颗伊万大氢弹,那傻蛋会和飞船一起,被那一小匙物质崩爆得万马分尸,渣子都不剩了。
因为被强大压力禁锢着得物质一旦被压力释放,就会瞬间恢复原子状态,膨胀几千亿倍。
当然,什么飞船呀、傻蛋呀,一到中子星就被压缩成中子了,要知道一小匙物质可是地球上全人类的重量!所以永远不要试图去做一些违背科学常识的事情。
现在回过头来说说脉冲星与中子星的区别。
前面说了脉冲星就是中子星的一种。一般中子星都保留着原来恒星的角动量,就像冰上芭蕾旋转时身体一缩小,就滴溜溜的成了陀螺,缩小后的中子星也就转得飞快了。
中子星自转轴与磁场方向不在一条直线上,这样从磁极发出的强烈能量射线脉冲就会像灯塔一样的扫射太空,当这个脉冲扫向地球时,被人类发现和捕捉,人类就把这种星体叫做脉冲星。
现在人类已经发现了2000多颗脉冲星。脉冲星很有规律的脉冲扫射,真的就像宇宙灯塔,成为了人类太空飞行定位和导航的坐标。
美国NASA利用脉冲星这种精准定位特性,锁定了4颗毫秒级脉冲星,作为精准的信号源,研发了一款宇宙版GPS导航系统。
这种导航系统可以为跨光年旅行导航,在光年尺度精准度可以达到公里级,而且还在向米级努力。
这可比地球上瞄准月球上一只蚊子的准确度强多了。科学界评价,有了这个系统,就有了人类打开星际旅行之门的钥匙。
时空通讯观点,欢迎点评讨论。
原创作品,版权所有,抄袭可耻,侵权必究。请理解支持,谢谢。
是的,脉冲星的密度确实能够达到这么大。
什么是脉冲星?
脉冲星是 1967 年被首次发现的,人们发现它会周期性的发出一种电波,科学家很疑惑甚至还以为是外星人发出的信号。
后来经过证实,脉冲星就是快速自转的中子星。因为只有中子星那样体积小,密度大,质量大的星体才能发出如此频率和强度的电波。所以 中子星的存在也因此被证实 。而脉冲星的发现也被称为 :二十世纪六十年代的四大天文重要发现之一。
所以 总结起来脉冲星一定是中子星,而中子星不一定是脉冲星。 而中子星的密度在8千万-20亿吨每立方厘米之多,所以 脉冲星也是可以达到10亿吨/立方厘米。
为什么脉冲星会发射脉冲
其实关于脉冲星为什么会发射脉冲科学界还没有定论,但最为流行的是 灯塔模型 。
其原理就像是船在海中航行,灯塔则总是亮着,但它却不停的做着规则运动,所以灯塔每转一圈,我们就能看到光一次。所以脉冲星也是如此,因为 中子星高速自转自身强大的磁场导致辐射只能沿着磁轴的方向,所以我们就会发现周期性的脉冲信号。
只有10亿吨是不可能成为脉冲星的,脉冲星直径通常20公里左右,却有超过太阳的质量,密度可达每立方厘米10亿吨,这个数据来自观测,有误差但不会太大。
脉冲星是一类自转极快的中子星,以毫秒计算,可周期性地从两级向外辐射能量,只有被辐射的能量扫到的区域,才能观测到它的存在,至今科学家只观测到1600多颗脉冲星,直径在20千米左右。中子星的形成是由于超新星爆发后,恒星内部能量释放不足以支撑引力的收缩,体积急剧缩小,电子被压入质子成为中子,恒星的几乎所有物质都是以中子及其他高密度粒子形式存在。
原子的质量主要是原子核,原子核由中子和质子组成,原本只有原子体积的亿分之一,中子星的引力使得原子内部的空间全都用中子填满了,单个原子的质量就增加了亿倍,单位体积的中子星物质质量就非常的大。由于质量特别大,体积小,因此它们具有非常强的磁场,同时辐射着强大的能量,还会吸收伴星的物质,科学家可以根据它们周围天体运行轨道、射电信号和X射线数据,结合相对论理论来推测它们的质量。
脉冲星等致密天体的质量测量是在现有理论支持下计算出来的,肯定会有误差,不过可能不是把它们的质量估计大了,而是小了,致密天体由于强大的引力,会剥夺伴星的物质逐渐成长。
脉冲星就是中子星,中子星是由大质量恒星死之后留下的核心,这个核心由于质量巨大,所以引力已经把原子核压碎了,原子核中的中子就像仪仗队一样紧紧排列在一起,所以中子星的密度高达每立方厘米10亿吨。
我们都知道物体是由原子组成的,而原子内部是十分空旷的,如果把原子比做剧院,那么原子核就是剧院里的一颗核桃,围绕着原子核旋转的电子处于电子云状态之下。
所以说正常情况下的物体都是镂空结构,如果强行把构成地球的地球的原子和原子挤在一起形成中子星,那么地球的直径就只有22米,也就是说整个地球质量被强行压缩成了直径22米的圆球,那么这个圆球的密度肯定就高达每立方厘米10亿吨了。
而宇宙中有能力产生中子星的只有死亡后的恒星,恒星内部就是超高温和超高压环境,这样一来在大质量恒星死亡之后,其内核就会成为一个密度极高的中子星,这种中子星每秒最快能自转数百圈甚至上千圈,自转的同时还会发出稳定的电磁脉冲信号,科学家们一开始还以为这种信号是外星人发出来的。
中子星的密度其实并不是宇宙中最高的,理论上还存在一种叫作夸克星的天体,夸克星是指恒星的引力强大到把中子压碎然后由更小的夸克构成的天体,所以夸克星的体积比中子星更小而且密度更大。
如果引力强大到把夸克都压碎的话,夸克星就会变成黑洞。
中子星是介于白矮星与黑洞之间的奇异天体,由8-30倍的太阳质量的恒星在演化末期进行超新星爆发后产生,大部分的物质以光速的十分之一向宇宙空间中抛去,大量的重元素产生,我们平日见到的金银首饰、器具,殊不知,那是宇宙中最暴烈的天文事件诞生的。
脉冲星是中子星的一种,但只有那些旋转的中子星能发出脉冲的才是脉冲星,1967年,由一位名叫贝尔的研究生率先发现脉冲星。
既然脉冲星是中子星的一种,那就干脆来说中子星好了。中子星的密度有题目说的那么大吗?是有的,并且有过之。
中子星的密度一般介于0.8-20亿吨每立方厘米。
有的人会问,它究竟是怎么形成这么致密的天体的?
这要追溯到恒星的演化末期。8-30倍太阳质量的恒星,待核心处由核聚变生成一个大铁核时,核聚变反应终于无法进行下去。此时,巨大的自身引力造成自身体型的迅速收缩,内核的温度与密度进一步增加,外壳的物质几乎以接近光速向内核砸去,最终发出耀眼的光芒,物质都被“反弹”出去,形成的激波造成气体与尘埃构成的膨胀的壳状结构就是超新星爆发的痕迹。
而内部留下的就是致密的中子星,原子核都被压碎,电子与质子中和形成中子,于此可以把中子星看成是一个巨大的原子核,它的密度比原子核的密度只大不小。所以,才像题目描述的那样。
个人浅见,欢迎评论!
答:的确是真的!一汤勺(脉冲星)中子星物质,就比整个珠穆朗玛峰还重;如果把地球压缩成典型的中子星物质,那么地球直径也就50米左右。
脉冲星
脉冲星是中子星的一种,因为中子星一般自转都很快,且磁场方向和自转轴不在一条直线上,所以中子星每自转一圈,磁场就会画一个圆;当中子星的磁场脉冲扫过地球时,就被称为脉冲星。
我们知道,普通物质由分子或者原子组成,比如水分子,氢气分子、铁原子、碳原子等等;无论固态、液态还是气态,分子之间都是存在距离的,这个距离会造成物质的热胀冷缩。
原子和中子
分子由原子组成,原子又由原子核与核外电子组成,高中知识学过,原子核直径其实只占了原子直径的百万分之一,说明核外电子与原子核之间还存在很大的间隙。
一般情况下,其他物质很难进入核外电子与原子核之间的空隙,但是对于一些极端情况,比如大质量恒星在超新星爆发时,会在爆炸中心产生极高的压力和温度,加上强大的万有引力作用,电子将坠入原子核与质子结合成中子。
就在一瞬间,恒星内核塌缩,大量原子塌缩成中子,电荷被中和,电磁力消失;邻近中子可以一个挨着一个,填充原来原子间的空隙,留下一个致密的中子星。
所以,中子星的密度,其实就相当于原子核的密度,氢原子核的直径在10^-15米数量级,氢原子质量大约1.66^-24克,算出来的原子核密度,大概就是每立方厘米千万吨至数亿吨的数量级。
典型中子星的密度为1~10亿吨每立方厘米,也就是一汤勺中子星物质,几乎比整个珠穆朗玛峰的质量还重!
在宇宙中,还存在更极端的天体,科学家奥本海默被誉为“原子弹之父”,奥本海默研究中子星性质时发现,当中子星的质量超过一定数值后,中子也将被万有引力“压碎”,形成密度更大的天体。
这个极限叫做奥本海默极限,估计在3倍太阳质量左右,目前天文学发现的所有中子星(或者脉冲星),其质量都在2倍太阳质量左右,没有超过奥本海默极限。
夸克星和黑洞
对于大于3倍太阳质量的中子星,将继续塌缩成夸克星(还未被天文学发现),夸克星的密度比中子星密度还高,但是夸克星不稳定,继续增加质量,将会塌缩成黑洞。
现在已经知道脉冲星就是中子星,一种主要有中子组成的致密天体,其密度相当于原子核的密度。
中子星在坍缩形成时会因角动量守恒而高速自转并产生巨大的磁场,巨大磁场会在某个方向上产生磁暴并持续往外发射电磁波,而由于它的磁轴并非总是与自转轴重合,在自转过程中磁轴发射的电磁波就会周期性的扫射天空,当它刚好能扫到地球时,地球就会周期性的接收到它发射的电磁波,相当于一个一个的脉冲信号,所以这种中子星就被称为脉冲星。
中子星是大质量恒星演化到后期发生引力坍缩,巨大的引力突破电子简并压,电子被压入原子核内的质子里从而形成中子,与原子核内的其他中子在中子简并压的作用下组成一个巨大的中子简并态的“原子核”。所以它的密度是相当于原子核的密度,确实达到了10亿吨/立方厘米的级别。理论认为它的密度可达到每立方厘米8000万吨-20亿吨之间,密度随质量变化,质量越大,密度越大。
为什么说从理论上讲,“星际旅行”有可能并不是切实可行的?
无论是在科幻电影里还是在科幻小说当中,实现星际旅行,实现星球与星球之间的穿越,其实都已经是一件非常平常的事情了,但是我们要知道艺术作品就是艺术作品,而不是能够在现实当中真正实现的,却根据爱因斯坦的相对论,也根据我们目前所掌握的一切航空航天知识,在理论上星际旅行确实是可以的,但是如果把它放到现实当中来,那么几乎有很多难题,我们是在目前为止没有办法去攻克的。
距离与速度根据科学家的测算,离太阳星系最近的比邻星,按照我们现有的最快的,航天器都要17,000多年才能到达,如果我们真的能够突破光速,那么在10光年左右,也许我们就能够,但是突破光速,到现在也只是停留在理论上面,我们真的想让自己的航天器能够达到这一速度,还需要很长时间,甚至是需要几代人或者是十几代人的努力,所以目前距离和速度限制了星际旅行。
星际旅行的安全问题我们必须要认清一件事情,这是星际旅行,不是我们,从一个城市到另一个城市,或者从一个国家到另一个国家的旅行,宇宙到现在为止,对我们这些渺小的人类来说还是一个未知的领域,在宇宙当中究竟有没有外星人,外星人会不会对我们采取敌意?宇宙中的黑洞,宇宙中的各种射线,会不会扰乱我们飞行器,或者破坏我们的身体健康,这些都是不可知的,所以在现实生活中,如果没有做到这些防护并且提高自己的科技水平,星际旅行也是不可能的。
人类的自身限制在星际旅行当中,除了遇到各种各样的危险和各种各样的安全问题以外,我们最需要面对的就是我们人类自身的问题,星际旅行很可能会造成穿越,也很可能会使时间过快或者过慢,人类的寿命能不能适应星际旅行,也就是说我从一个星球到另外一个星球需要100万年,而我们只能活75年,那怎么办?所以在没有解决人类寿命问题以及人类各种各样的情感问题之前,这也是不可能实现的。
以光速离开地球一天再飞回来,地球会发生什么?
所以如果坐一艘光速飞船离开地球1天后再飞回来,地球上可能经过的时间也就是几天左右。没有什么很大变化。
在谈论这个问题之前,先来看一下狭义相对论的质速关系:
其中v表示物体的运动速度,m表示物体在速度为v时的质量,m0表示物体相对静止时的质量,c表示光速。
把上述的关系式做成如下的示意图:
可以看到,当速度v趋近光速c时,物体的运动质量m趋于无穷大,显然无法使这样的物体继续加速到光速。因此,对于飞船这样有静止质量的物体,其速度只能低于光速。
尽管如此,只要物体的速度越接近光速,钟慢效应就越明显。根据狭义相对论的时间膨胀效应:
其中ΔT表示飞船时间,Δt表示地球时间。
根据上式可知,当v=0.866c时,ΔT=0.5Δt,这意味着地球上过2秒,飞船上才过1秒。因此,如果飞船以这个速度离开地球一天再返回地球(这里一天指飞船上的时间),地球上将会过去两天。当v=0.999996247c时,如果飞船以这个速度离开地球一天再返回地球,地球上将会过去1年。当v=0.99999999999996247c时,如果飞船以这个速度离开地球一天再返回地球,地球上将会过去1万年。如果越接近光速,当飞船回到地球之后,地球上早已是沧海桑田。
然而,用一天的时间加速度到亚光速的地步,需要极大的加速度。假设飞船以静止状态从地球上出发,并做匀加速运动,飞船速度与加速度a的关系为:
考虑到相对论效应,不能使用经典物理学中的匀加速运动公式vt=v0+at。根据上式,如果用一天的时间使速度匀加速到0.866c,加速度将高达466g。要知道,普通人承受3g已经相当困难了,而长时间承受几十g的加速度足以致命,更何况是几百g。这里在计算时还没有考虑到减速回地球的情况,如果考虑这样的情况,飞船需要在半天的时间里加速到0.866c,加速度则要翻倍,人体更无法承受。因此,如果要让太空旅行者活着回来,仅飞行一天的时间,并不能产生很明显的时间膨胀效应。
题主又犯了一个常见的错误,就是有静质量的物质是无法到光速的。
就像1/0一样,是错误的。
这里我就回答:以近光速离开地球一天再飞回来,地球会发生什么?
根据相对论,这个问题也称为“双生子样缪”,你假如有个同样大的兄弟,你以接近光的速度做飞船离开1天后,再返回,那你兄弟会比你大的多,这也取决于你接近光速的多少来决定。
那我们 娱乐 的来算一下:
相对论指出,如果你越接近光速这中效果将越明显。而我们先在的宇航员就会有这种体验,他们在外太空待久了后,回来都会到0.000001秒之后的未来(速度慢相对论效果不明显)。
若有其它问题请在评论区留言哦:)
题中并未说明这“一天”的时间是哪个参考系里的。按照题目“ 以光速离开地球一天再飞回来,地球会发生什么?”会有两种结果:
那么为什么会产生这样的结果哪?
爱因斯坦的狭义相对论有时间膨胀的推论,物质的运动速度会影响物质本身的时间流逝速度,运动速度越快时间流逝速度越慢。如光子的速度为光速,那么它的时间流逝速度几乎为零,也就是时间是静止的。
按照该理论如果人以无限接近光速飞离地球再返回用一天的时间,那么他的时间流逝速度几乎为零了,他的一天可能是地球上的万年、亿年、数十亿年。但是如果是地球上的一天时间,那么对于接近光速飞离地球的人来说就是瞬间的事情,所以他会比同龄人年轻一天。
按照目前的认知水平和技术能力 任何静止质量不为零的物体是不可能达到光速的, 根据狭义相对论的质速公式m=m0/ 1-(v/c)²(其中m0为飞船静止质量,v为飞船运动速度,c为光速),当v=c时,式子就变成1/0,质量m变为无穷大,所以是不可能达到光速的。再者除非不是人坐飞船以光速离开地球,否则人在一天(飞船的时间)中加速到光速再减速到零再掉头返回加速到光速再减速到零是受不了的。加速度几千个g,根据广义相对论的等效原理,这么大的引力把人压成饼了。所以这个题根本就没意义,除非改成接近光速且不考虑加速过程,一上来就这个速,这样题才有意义。
我看到楼主们答的都挺好,计算回到地球后地球过了多少时间,这就是个“双生子佯谬”的问题。
根据接近光速的程度,有的算是两天,有的算是1万年,有的算是61286年……,我也就不再重复了。我只补充一点思考:人真要达到光速会发生什么?这一点也是爱因斯坦一直想知道的。实际上当人达到光速的那一刹那,在地球的观察者看来,飞船上的时间停止了,假设飞船真达到光速,那这个参考系时间也将停止,只不过这一点永不会到达,因为如果达到了,宇宙对于这个人来说就崩溃了,人将成为宇宙的主宰,宇宙的奥秘全在这人的掌握中,当然人已经脱离了宇宙普通时空的羁绊,人如果“这时”想起回到地球去看看,地球早已经不存在了,因为已经过了无限的年数了(由0.9999999…… 个9c到1c过程中地球过了无限时间),绝不仅仅是几万年的事。
所以宇宙是不允许你超过光速的,甚至等于光速也不行,你永远追不上光,你即使大于30万公里/秒的速度了也追不上光。光对于你来说永远是光速。
首先要确定一点,不可能光速飞行一天,哪怕一秒也不行!不过既然是假设,那就一直假设来分析下去!
首先必须确认“离开地球一天”这里的“一天”是谁的时间,按照问题的描述应该是飞船上的时间,也就是说假如你以光速离开地球一天(飞船上的时间)。不然如果是地球上的时间,问题问的就没有意义了,等于说地球过了一天会发生什么?这个大家都明白!
按照爱因斯坦的狭义相对论解释,以光速飞行的飞船上的时间静止了,注意这里的“静止”是相对的,也就是相对于地球上的时间,并不是说飞船上没有时间的概念了,只是地球上的人如果能看到飞船上发生的事情,会看到那里的时间静止了。而对于飞船上的你来说,时间仍然在流逝,你不会因为时间的“静止”(相对静止)而长生不老!
也就是说,对于飞船上的你来说,如果你只留意飞船内部发生的事情,你不会感觉到时间静止,事实上你的感受与在地球上的感受并没有太大的区别。而只有你重新返回地球以后,对比地球上的时间,你才能真切地感受到你的时间确实变慢了。
明白了这点,就会感觉到一个矛盾的存在。那就是对于地球上的人来说,他们永远等不到飞船上的你度过一天,因为对于他们来说,你的时间静止了。你度过的每一分每一秒对于地球上的人来说都是无限长的时间!
所以,你将永远回不到地球了,如此推论下去,你也将回不到宇宙了,也就是说再你以光速飞行的那一刻起,你将不再属于出发时所在的宇宙。那你会在哪里呢?
很明显,你本身就是宇宙的一部分,所以如果你回不到宇宙里,意味着你将不复存在!
这也意味着一开始的假设是错误的!
有人可能会说,以光速飞行或者超光速飞行会到达更高维度的世界或者穿越时空,但目前看来,这样的想法只是猜测和想象,只是属于科幻领域!
您说呢?
光速是300000公里每秒,乘以一天86400秒,等于259.2亿公里,太阳系直径约为82个天文单位,约123亿公里,以光速离开地球所到之处就相当于太阳系直径的2.1倍多,然后再以光速飞回地球,现在要求证地球上在飞船飞离地球再返回地球这段时间里是否有变化,这样要考虑的因素太多了,以光速进行飞行,空间是否会像水波一样被压缩而影响在空间同一纬度平面的相对位置,飞船上的相对时间流速是否会因为光速而变慢,引力波的作用是否会扭曲空间和时间,哈勃定律的红移及膨胀宇宙是否会改变返程的距离……太多因素要考虑进去,相对论中爱因斯坦也提出了不违反人类现有物理法则改变时间的可能性,所以我得出两个粗略的结论,按照问题中的飞行方式,有可能地球上的时间才过去2天或稍微超过48小时;又有可能是飞船上的时间仅仅过去48小时,而地球上的时间则早已过去了数年甚至更多,人类现在连第一级文明层次都还没达到,我们要 探索 的还有太多太多了,霍金先生还有众多科学家为人类发展指明了道路,但是人类 探索 的脚步永远不会停止!
爱因斯坦的相对论提出光速不可被超越,现实世界中科学家们废寝忘食的希望找到相对论的错误,可是一次次的实验反而又证明了爱因斯坦是对的,众多实验中光速就是被重点“关照”的一个,不只是科学家,普通人也构思了许多“超光速”的实验。
但是不要说超光速了,我们的宇宙中除了光子本身之外,是没有任何物体可以达到光速的,因为除了光意外的任何物质都具有静止质量,这样一来这个物体速度越快质量就越大,反过来就要用更大的能量去推动这个物体达到更高的速度,而一个有质量物体加速到光速所需要的能量是“无限大”
科幻小说中的光速飞船其实也只是无限接近光速而已,但是无限接近光速也还是没有达到光速,小说中的光速飞船无一例外都才用了曲率驱动技术,试图利用空间本身的性质来让飞船无限接近光速。
相对论中“速度越快时间越慢”在现实世界中已经被观测到了,国际空间站上的时间流逝速度就要比地球上慢一丢丢,同理,如果一个人以接近光速飞行的时候,他自己的时间和地球上的时间比起来是要慢千万倍的,也就是说当这个人脱离光速返回地球后,他看见的将是千万年后的地球。
但是如果这个人是以光速飞行一天的话,在地球上的人看来,这个人的时间就是静止的,而正在以光速飞行的你自己却不会感觉到时间停止,这是因为参照系的不同。所以你如果用光速飞行,一天之后脱离光速,因为时间膨胀的效应你可能已经到了宇宙末日。
在谈论之前,我们需要 先确定这个一天是相对于谁而言?
如果是 相对于地球而言 的话, 飞船一去一回,也就是两天 ,坐飞船离开的宇航员以及地面上的人都不会发生什么变化。
而如果“一天时间”是 相对于飞船而言 ,那么 麻烦就大了 ,这一去一回,由于 时间延缓 的存在, 外部世界的时间将会向无穷远流逝 !恐怕地球早被太阳吞噬了。
不过这里需要 注明一点 ,飞船的速度是无论如何都不能达到光速的。
在狭义相对论的 质增公式 中已经说的很明白了, 无限的逼近光速,会导致飞船的质量接近无穷大 ,而为了继续加速,那么飞船的 输出动力将会是无穷大 ,因此达到光速是 不可行 的。
期待您的点评和关注哦!
也就去一天回来一天,两天时间而已。能发生什么?你老婆肯定不会改嫁的,不过做点别的就说不定了,就怕你在一光天处回不来,或不回来,成了某个星公民,找个三只眼的章鱼般的美女成家了,那地球上的你的老婆就不要怪别人下手了,嘿嘿嘿 !
如果认为本文对您有所帮助请赞助本站