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  • 1 # 魅力科學君

    如果有一天,你乘坐一艘以光速飛行的宇宙飛船,在飛行了1光年的距離後又回到了原點,請問你從出發到終點總共用了多長的時間?這個答案似乎顯而易見,因為一光年就是以光速跑一年的距離,那麼按理來講就應該是你在一年之後又回到了原點。

    出現這種匪夷所思的現象是有理論依據的,它來自於愛因斯坦狹義相對論中的鐘慢效應公式,如下圖所示:

    公式中t是運動者的時間,t0是靜止參考系的時間,v是運動者當前的速度,c則是光速。從公式中我們可以看出,運動者的速度越快,他經歷的時間就會越短,當運動者的速度達到光速的時候,從公式就可以計算出運動者經歷的時間為0,即運動者的時間停止了,而如果運動者的速度超過了光速,那麼運動者的時間就會變為負數,這就是穿越到過去的理論基礎。

    僅憑這一個公式就推斷出速度和時間的關係明顯是不嚴謹的,我們為什麼要相信這麼荒謬的結論呢?這是因為這個公式是經過了科學家的反覆實驗所證實的,早在1971年,科學家Hafele和Keating設計了一個飛行原子鐘實驗,其實驗結果首次證實了鐘慢效應公式正確性。在此之後,又有很多科學家進行了相似的實驗,比如英國國立物理實驗室在1996年、2010年分別使用了更高精度的原子鐘進行實驗,測定結果都與愛因斯坦的公式一致。

    1993年第一個GPS衛星投入使用,在使用過程中工作人員發現GPS衛星的計時系統與地面上會出現誤差,經計算後發現這個誤差值非常精確的符合狹義相對論中的“鐘慢效應”和“引力時鐘變慢效應”的公式。時至今日,人造衛星的計時系統都會根據狹義相對論中的相關公式來進行調整,以達到與地面的時間同步的目的。

    事實上,科學家是非常“變態”的一個群體,他們會在各種極端的條件下來測試這個公式的正確性。科學只能被證偽,而不能被證實,就算你的公式正確了一萬遍,但只要你錯了一次,那就是說這個公式是不正確的,但到目前為止,鐘慢效應公式還是經受住了來自科學界的種種嚴苛的考驗。

    因此,目前我們只能接受這一現實,就像“宇宙誕生於一個奇點”一樣,雖然感覺很是荒謬,但它卻能自圓其說。不過本人認為,任何科學理論都應該有一定的適用範圍,就像經典力學一樣,狹義相對論也應該是一個相對的真理,它並不一定完全正確。只有我們真的可以光速旅行了,才可以知道事實的真相。

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