題主這個問題,應該是問三體第二艦隊在以光速飛行的時候,按照相對論的“鐘慢效應”,在不同參照系觀測到的時間是否一致吧。
首先,在書裡三體第二艦隊並非全程以光速前進,期間是有兩端明顯減速的。不過這不是這個問題的關鍵,就按照這個問題的設想,假設三體第二艦隊全程以光速前進吧,也就是假設這支艦隊會像光一樣,用四年時間從三體飛到地球。
那麼,在這個過程中,分別放置在三體、地球和飛船上的“質子鍾”,所顯示的時間會有什麼不同嗎?
如果我沒有理解錯的話,我覺得這三個地方的時間顯示是不會有什麼不同的。
因為接近光速運動時所產生的“時間變慢”,是相對於參照系以外的觀察者來說的。也就是說,在光速飛船外看飛船內的時鐘——假如能看到的話——會發現飛船內的時鐘比自己的時鐘走得慢。但是飛船內的人看自己的時鐘,不會覺得有什麼不妥。
說白了,雖然近光速運動會使時間“膨脹”,但是身處光速運動系內的人,是不會有這種主觀感受的。三體距離太陽系四光年,所以從三體的位置觀察,光速飛船四年後到了太陽系;從地球的位置觀察,四年後光速飛船到了自己這裡;從光速飛船本身的位置觀察,用了四年從三體飛到地球。一句話,不論從哪個角度觀察,這段飛行旅程所用的時間都是四年,沒有區別。
那麼,這與相對論說的“鐘慢效應”或者說時間膨脹相悖嗎?
也不是。時間在光速飛船上確實是變慢了的,只不過身在光速飛船上的人感覺不到這種“慢”,另外,飛船呆在三體上準備出發時,以及到達地球準備降落時,因為不處於光速狀態,時間也會自動“調整”到跟飛船外的時間一致。
具體說,按照題主的假設,飛船出發時,三體上的“質子鍾”顯示“入侵元年”,地球上的“質子鍾”顯示“威懾58年”,光速艦隊上的“質子鍾”顯示“飛行元年”。那麼四年後,三體時間顯示為“入侵五年”,地球時間顯示為“威懾62年”,艦隊時間顯示為“飛行五年”。也就是說,在這三個地方的觀測者看來,在他們各自的運動系裡,他們的時間都是過了四年。
但區別是,這三個地方的“四年”其實長短不一:
三體和地球的時間變化速率應該是一樣的,但是地球時間應該落後於三體,畢竟二者之間有四光年的距離。也就是說,當三體顯示“入侵元年”的時候,地球要等到“威懾62年”才會真正“看到”三體“入侵元年”時飛船出發的情形。而此時,飛船已經實際到達了。——當然,人類只關心飛船什麼時候到達,所以這個四年的時間差就算了,自動補上就行,也就是在“威懾62年”的時候,知道真實的三體世界已經到了“入侵五年”而不是眼睛所看到的“入侵元年”就行。
關鍵的區別在於飛船上時間流逝的速率和三體及地球不同。飛船光速運動,時間是真的變慢的。也就是說,假如把“飛行五年”換成“入侵X年”或“威懾XX年”,那麼這個X、XX的數字,應該是大於“五”的。
再具體一點說,三體和地球上的時間可以看成是勻速變化的,而光速飛船上的時間是不勻速的。
飛船在剛離開三體、尚未進入光速時,“飛行某年”跟三體的“入侵某年”是完全一致的。進入光速之後,三體人會發現——假如看得到的話——飛船上的時間越走越慢,“飛行一年”所用的時間,遠遠大於“入侵一年”。當飛船臨近太陽系,開始減速準備降落在地球上時,三體人又會發現——假如看得到的話——飛船上的時間又變快了,“飛行一年”的時間又逐漸接近“入侵一年”的時間了,到降落時,“飛行某年”跟“入侵某年”的意思又變得完全一致了。
從地球觀察,結論也是一樣的。飛船的時間本來是比自己慢的,但在脫離光速降落時又變快了,最後還是變得跟自己的時間一樣——當然,也跟三體上的時間一樣。這裡就不細究三體上不可能有跟地球一樣的計量時間的單位“年”這種問題了。
而從飛船自身的觀察者來看呢,情況又不同。出發時,三體星的時間變慢了,而地球那邊的時間很快。降落時,反而是地球時間變慢,三體時間變快。最終飛船停下來的時候,三體、地球、飛船自身的時間都是一致的。至於飛行途中,飛船上的人是不會覺得自己的時間不勻速的,只會覺得三體和地球的時間在變化。
不知道這樣說清楚了沒有?總之一句話,飛船在出發時和降落時,三地的“質子鍾”將顯示為一模一樣的時間。而在飛行途中,三地的觀測者都會覺得自己的“質子鍾”在勻速計時,另外兩個地方的“質子鍾”則會變快或變慢。
實際上呢,真正變速的是飛船上的“質子鍾”,那裡的時間是真的變慢了——相對於三體和地球來說——只是飛船上的人不會有這種異常感覺。如果一定要證明飛船時間變慢了,大概就只能用“雙生子佯謬”的論證方法,抓兩隻理論上絕對活不過四個地球年的昆蟲上飛船。到飛船降臨的時候,會發現這兩隻昆蟲依舊活蹦亂跳,證明在飛船上的“四年”裡,它們在三體星和地球上的夥伴早就過完漫長一生壽終正寢了。
參見之前的相關問答:
《<三體>小說裡面,為什麼程心和關一帆從灰星迴到藍星用了16天?》
題主這個問題,應該是問三體第二艦隊在以光速飛行的時候,按照相對論的“鐘慢效應”,在不同參照系觀測到的時間是否一致吧。
首先,在書裡三體第二艦隊並非全程以光速前進,期間是有兩端明顯減速的。不過這不是這個問題的關鍵,就按照這個問題的設想,假設三體第二艦隊全程以光速前進吧,也就是假設這支艦隊會像光一樣,用四年時間從三體飛到地球。
那麼,在這個過程中,分別放置在三體、地球和飛船上的“質子鍾”,所顯示的時間會有什麼不同嗎?
如果我沒有理解錯的話,我覺得這三個地方的時間顯示是不會有什麼不同的。
因為接近光速運動時所產生的“時間變慢”,是相對於參照系以外的觀察者來說的。也就是說,在光速飛船外看飛船內的時鐘——假如能看到的話——會發現飛船內的時鐘比自己的時鐘走得慢。但是飛船內的人看自己的時鐘,不會覺得有什麼不妥。
說白了,雖然近光速運動會使時間“膨脹”,但是身處光速運動系內的人,是不會有這種主觀感受的。三體距離太陽系四光年,所以從三體的位置觀察,光速飛船四年後到了太陽系;從地球的位置觀察,四年後光速飛船到了自己這裡;從光速飛船本身的位置觀察,用了四年從三體飛到地球。一句話,不論從哪個角度觀察,這段飛行旅程所用的時間都是四年,沒有區別。
那麼,這與相對論說的“鐘慢效應”或者說時間膨脹相悖嗎?
也不是。時間在光速飛船上確實是變慢了的,只不過身在光速飛船上的人感覺不到這種“慢”,另外,飛船呆在三體上準備出發時,以及到達地球準備降落時,因為不處於光速狀態,時間也會自動“調整”到跟飛船外的時間一致。
具體說,按照題主的假設,飛船出發時,三體上的“質子鍾”顯示“入侵元年”,地球上的“質子鍾”顯示“威懾58年”,光速艦隊上的“質子鍾”顯示“飛行元年”。那麼四年後,三體時間顯示為“入侵五年”,地球時間顯示為“威懾62年”,艦隊時間顯示為“飛行五年”。也就是說,在這三個地方的觀測者看來,在他們各自的運動系裡,他們的時間都是過了四年。
但區別是,這三個地方的“四年”其實長短不一:
三體和地球的時間變化速率應該是一樣的,但是地球時間應該落後於三體,畢竟二者之間有四光年的距離。也就是說,當三體顯示“入侵元年”的時候,地球要等到“威懾62年”才會真正“看到”三體“入侵元年”時飛船出發的情形。而此時,飛船已經實際到達了。——當然,人類只關心飛船什麼時候到達,所以這個四年的時間差就算了,自動補上就行,也就是在“威懾62年”的時候,知道真實的三體世界已經到了“入侵五年”而不是眼睛所看到的“入侵元年”就行。
關鍵的區別在於飛船上時間流逝的速率和三體及地球不同。飛船光速運動,時間是真的變慢的。也就是說,假如把“飛行五年”換成“入侵X年”或“威懾XX年”,那麼這個X、XX的數字,應該是大於“五”的。
再具體一點說,三體和地球上的時間可以看成是勻速變化的,而光速飛船上的時間是不勻速的。
飛船在剛離開三體、尚未進入光速時,“飛行某年”跟三體的“入侵某年”是完全一致的。進入光速之後,三體人會發現——假如看得到的話——飛船上的時間越走越慢,“飛行一年”所用的時間,遠遠大於“入侵一年”。當飛船臨近太陽系,開始減速準備降落在地球上時,三體人又會發現——假如看得到的話——飛船上的時間又變快了,“飛行一年”的時間又逐漸接近“入侵一年”的時間了,到降落時,“飛行某年”跟“入侵某年”的意思又變得完全一致了。
從地球觀察,結論也是一樣的。飛船的時間本來是比自己慢的,但在脫離光速降落時又變快了,最後還是變得跟自己的時間一樣——當然,也跟三體上的時間一樣。這裡就不細究三體上不可能有跟地球一樣的計量時間的單位“年”這種問題了。
而從飛船自身的觀察者來看呢,情況又不同。出發時,三體星的時間變慢了,而地球那邊的時間很快。降落時,反而是地球時間變慢,三體時間變快。最終飛船停下來的時候,三體、地球、飛船自身的時間都是一致的。至於飛行途中,飛船上的人是不會覺得自己的時間不勻速的,只會覺得三體和地球的時間在變化。
不知道這樣說清楚了沒有?總之一句話,飛船在出發時和降落時,三地的“質子鍾”將顯示為一模一樣的時間。而在飛行途中,三地的觀測者都會覺得自己的“質子鍾”在勻速計時,另外兩個地方的“質子鍾”則會變快或變慢。
實際上呢,真正變速的是飛船上的“質子鍾”,那裡的時間是真的變慢了——相對於三體和地球來說——只是飛船上的人不會有這種異常感覺。如果一定要證明飛船時間變慢了,大概就只能用“雙生子佯謬”的論證方法,抓兩隻理論上絕對活不過四個地球年的昆蟲上飛船。到飛船降臨的時候,會發現這兩隻昆蟲依舊活蹦亂跳,證明在飛船上的“四年”裡,它們在三體星和地球上的夥伴早就過完漫長一生壽終正寢了。
參見之前的相關問答:
《<三體>小說裡面,為什麼程心和關一帆從灰星迴到藍星用了16天?》