用简单的语言帮你理解时空旅行和光速不变

公众号新闻

2023-02-10 11:02

很多人都对爱因斯坦的时空旅行感兴趣，全球科学家都证实时空旅行确实理论可行。

但为什么时空旅行可行，几乎所有的文章都非常生涩难懂，全篇都是密密麻麻的证明公式，不利于普通人的理解。

于是我今天就用简单的语言，把最核心的几个东西抽出来，公式省略，写一篇让人一看就懂的东西来解释时空旅行的原理，做我最擅长的科普工作。

要理解为什么时空旅行可行，首先要理解光速不变原理，因为光速不变所以才存在了时空旅行的可能。

从字面意思来说，光速不变指的是物体的速度永远不可能超越光速，但实际并不是的，物体的速度是可以超越光速的，但这要看你采用了哪个参考系。

光速有一个非常重要的特性，严重颠覆普通人的认知，只要你理解这一点就会消除大部分对于时空旅行的误解。

假设你在宇宙飞船上，向前发射了一束光，光以光速，也就是30万公里每秒的速度前进，然后你立即启动飞船，以10万公里每秒的速度向前追赶这束光。

请问此时这束光远离你的速度是多少？

按正常人的理解，光向前30万公里每秒，你向前10万公里每秒，所以此时光远离你的速度应该是20万公里每秒。

错，此时这束光远离你的速度依然是30万公里每秒。

不管你追赶这束光的速度多块，哪怕你从10万公里每秒加速到20万公里，30万公里乃至于100万公里每秒，光永远比你快30万公里每秒。

在你自己看来，你的速度也许达到了100万公里每秒，超光速了，但在旁观者眼里，你还是比光速慢，因为光永远在你前面，且以一个恒定的速度远离你。

所以在你自己的参考系里，是可以超光速的，但在其他人的参考系里，你没有超光速，也没有任何人可以超光速。

很奇怪吧，但还有更奇怪的。

如果你在向前发射这束光后，立即以10万公里每秒后退，远离这束光。

理论上说，此时这束光远离你的速度，应该是40万公里每秒。

但实际上并不是，此时这束光远离你的速度还是30万公里每秒。

哪怕你向后不断加速，加速到30万公里每秒乃至于更高的100万公里每秒，光远离你的速度还是30万公里每秒，不会快一丝一毫。

出现这种奇怪的现象是因为当你拥有速度后，你的时间和空间的关系就发生了扭曲，速度越快则扭曲的程度越严重。

你疯狂增加你的速度，但光远离你或接近你的速度却是固定的，那你多出来的速度哪去了？

转化成了时间。

你疯狂加速，达到了超光速，速度10倍于光速，10光年的距离你一年就到了，但实际上你的速度永远低于光速，其他人看你还是按低于光速的速度慢慢飞过来的，但其他人过了10年，你这里才过了1年，所以你感觉自己一年就到了，肉体也只衰老了一岁，看起来好像是超光速了。

这就是时空旅行的理论基础。

有人说，这都是扯淡，都是歪理邪说，利用大量让人看不懂的公式反复推导出来的谬论，没有任何证据。

如果没有证据，那时空旅行就是个假说，不会被当成理论，也不会那么火。

证据当然是有的，而且很常见。

1971年，为证实爱因斯坦这一颠覆常识，怎么看都很扯淡，但偏偏从理论和公式层面怎么都找不出漏洞的光速不变原理，科学家设计出了钟慢实验。

人类确实不能达到很高的速度，但按爱因斯坦的理论，哪怕速度仅有1米每秒，也会发生时空扭曲，只不过扭曲的程度很微弱而已。

既然如此，那就代表时空扭曲是可以测量的。

铯原子钟，人类最精确的计时工具，每经过一千万年，误差最多不超过1秒。

科学家把四台铯原子钟分别放在两架飞机上，然后在地面上放一台铯原子钟作为参考种，在地面上把五台铯原子钟进行了校准。

然后一架飞机向东飞，一架飞机向西飞，搭配地球自转获得一个很高的速度差值。

绕地球飞一圈，回到原机场，让我看看时间到底有没有变慢或者是变快，反正无论多小的误差我都是可以测出来的。

结果向东的飞机，落地后比地面的铯原子钟慢了59纳秒。

向西的飞机，落地后比地面的铯原子钟快了273纳秒。

和根据爱因斯坦时空理论计算出来的数值几乎完全一样！

这就是鼎鼎大名的钟慢现象，也是时空旅行可行的最核心证据，现在铺天盖地的时空旅行电影都是从这个实验被证实，全球科学家广泛接受之后才开始拍摄的。

有人说，这个什么铯原子钟，有问题吧，反正我觉得是钟有问题，或者是测量有问题，绝对不是时间变慢了，这还是在扯淡。

而且就算是真的，又有什么用，卵用没有啊。

别急，还有证据。

发现了钟慢效应后，科学家利用不同速度下时间会发生改变这一特性，终于解决了太空卫星对地面精准定位的办法。

我们都知道要精准定位一个点，需要精确描述这个点和卫星之间的距离，而不管用什么手段测量距离，都必须要使用时间这个参数。

在以前，不管用什么办法测量距离，都会产生极其恐怖的误差，科学家百思不得其解。

这个误差有多离谱？

同样的办法计算出的坐标，每天都偏差11公里之多。

今天算出来的坐标点精准定位在天安门。10天后再测，能偏110公里之多，定位点都跑到河北了。

最核心的原因，就是导航卫星上的时间流逝速度和地面上不一样，如果采用同样的时间参数进行计算，就会得出非常离谱的距离差距。

这个时间流速的计算很复杂。

假定GPS卫星以每小时1.4万公里的速度绕地球飞行，那么根据运动速度越快则时间越慢的狭义相对论，每天卫星上的时间都会悄悄比地面慢7微秒。

同时根据广义相对论，任何质量都会扭曲身边的时空，质量越大则扭曲程度越厉害，而卫星的高度远远高于飞机，距离地面大概2万公里，远离地球，所处时空受到地球质量的扭曲效应会小得多，所以地球表面的钟每天会反过来比卫星上的钟慢45微秒。

两者叠加计算，导航卫星上的原子钟每天会比地面快38微秒，然后折算进每分每秒进行校准。

这就是时空效应在卫星导航上的应用。

时空时空，时间和空间，当时空的扭曲程度不一致时，如果你非要保持时间不变，那空间就会出现巨大的误差。

如果你要保持空间不变，就必须要修正时间。

根据卫星的高度和速度，不断算出卫星目前被扭曲的时间流速，然后每时每刻不断修正导航卫星的铯原子钟参数。

GPS对地面的定位精度是10米还是1米还是更低，完全取决于工程人员对铯原子钟时间参数的修正程度。

卫星被扭曲的时间流速算的越精准，GPS对地面的定位精度就会越高。

你手机上使用的卫星导航，以及国家的军事导航卫星，必须每时每刻都在修正自己的时间。

不懂爱因斯坦的时空旅行理论，或者不认可，那你的国家就永远不可能设计的出卫星导航系统。

每天偏差11公里的定位精度，和每时每刻都保持在10米乃至于1米的定位精度，这简直是天差地别。

卫星的速度相对于汽车和飞机来说很快，但相对于光速而言那简直是九牛一毛。

如果人类不断提升物体的速度，那时空扭曲程度就会飞速提升。

你的速度越快，“钟”就越慢。

而且时空旅行并不取决于运动的方向，只取决于物体的速度。

因为无论你向哪个方向飞，光从任意方向远离你的速度或者接近你的速度永远是光速，这一奇怪的特性导致你向任意方向超高速飞行，时间都会发生巨大扭曲。

超高速度的你，明明感觉自己只过了一年，但留在地面上的亲戚却认为你已经飞行了十年。

如果你瞬间掉头，重新向地球飞，依然是超时空旅行状态，时间不会因为你运动方向截然相反而倒流，你的时间流速依然你地面亲戚块。

如果你从超高速状态不断减速，那时间也并不会倒流，不断减速只会导致你的时间变慢现象不断的减弱，你的时间流速开始不断和地面上的亲戚靠拢。

当你减速到和地面亲戚等同的速度时，你们之间的时间流速会重新变得相等，但并不代表里面的9年时间差会回来，这9年时间就永远失去了，莫名其妙的没了，再也不可能回得来。

超时空旅行前，你20岁，你亲戚也是20岁，然后你用一年时间跑了10光年。

回地球后，你21岁，但你的亲戚已经30岁了。

在你看来，你在飞船上只渡过了一年，每天打牌，时间计算的清清楚楚，除以运动的距离10光年，得出自己是在超光速运动，速度已经达到了10倍光速。

但在地面亲戚看来，你始终没有达到光速，永远比光速低一点，实际上你是花了10年多一点的时间才完成了这10光年旅途，他自己老了10岁就是证据。

这就是时空旅行，让不同人的时间发生错位。

为了解释为什么你不断消耗能量去加速却永远达不到光速，只会让时间变得越来越慢，间接超光速，人类用质增效应去解释。

简单的说，但你不断加速的时候，只有你自己感觉自己是超光速了，外界看来你只会越来越接近光速，而随之带来的是你的质量飞速增加，加速的能量都被转化成了质量。

而你所在飞船上的时间变慢，则是因为自身质量飞速增加对周围时空的扭曲。

当你不断减速的时候，质量在飞速减小，对周围时空的扭曲也减少，然后时间流速开始恢复正常。

所以物体可以超光速进行时空旅行，又不可以超光速，这并不矛盾，也不是爱因斯坦的相对论在狡辩。

但时空旅行并不代表能回到过去，理解了原理之后你就会知道这是完全不可能的事情，那完全都是电影为了凸出艺术效果而瞎掰的。

无论多快的速度，都只会让时间变慢，越来越慢，但再慢也不会是负数，永远是个正值。

慢到极致，你在飞船里过1年，外界可能已经过了几千年，但你在超光速飞船里也永远只能活100年，以你自身为中心的时间参考系是永远不会变的。

所以才叫钟慢效应，钟变慢了，外界看似你活了几万年，其实你还是只活了100年。

钟慢效应并不能改变宇宙飞船经历的真实时间，但可以压缩时间。

空间不能变那就扭曲时间，比如超时空旅行。

时间不能变那就扭曲空间，比如人类目前琢磨的所谓虫洞或空间折叠。

反正时空是联动的，想在星空中高速移动必须要扭曲至少一个，所以叫时空效应。

至于为什么无论你向哪个方向飞，以多快的速度飞，光都会永恒的以光速C值远离你或靠近你，为什么光速会有如此奇怪的特性？

这个叫宇宙常数，没人知道为什么，科学家只知道宇宙就是这么运转的，目前最顶级的宇宙常数就是光速C值，无人可以突破。

但时间流速可以不同，这个是切切实实存在的，证据一箩筐，天上的卫星和你我手机里的导航系统就是证据，这个时间流速的差值虽然很微小，但确实是存在的，且时时刻刻都在影响你我的生活。

大量星辰的速度快的难以想象，还有很多星辰的质量大的难以想象，这说明宇宙里存在大量时空严重扭曲的地方，这些地区的规则和地球完全不同，甚至连时间都不同。

而这，仅仅是宇宙神秘面纱的冰山一角，未知的宇宙规律还不知道有多少。

明白了这些，你才能够理解宇宙的浩瀚和人类的渺小。

地球只是个婴儿摇篮而已，星辰大海才是人类的未来，因为那里存在着无限可能。

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来源: qq

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