光速飞船中时间停滞这个结论是可以根据洛仑兹变换公式推导出来的,这在狭义相对论出来约十年前洛仑兹老爷子为解释迈克尔逊-莫雷实验中结果为零而推导出的变换公式,比较可惜的是洛仑兹仍然没有抛弃以太这个绝对参考系,最终遗憾的与狭义相对论擦肩而过!
不过在距离狭义相对论发表100多年后的现代,我们在理解光速飞船内这个时间体系中发生的一切仍然有一些糊涂,我们接受了时间停滞这个结论,却没有理解相对性的概念,因此在这个问题上偏差是比较大的!
地球与光速飞船,谁看谁更慢一点?
光速飞船从地球出发时,两者的时间是同步的,这点比较重要,此时他们在同一个参考系中,当光速飞船远离地球,越来越接近光速时会有一个如下的转变过程(从地球观测者角度):
1、初始时两者时间同步
2、速度加快,地球观测者时间流逝速度不变,飞船远离乘员动作逐渐变慢,因为因为速度越高,传输到地球观测者的光波长被拉长,所有动作都变成慢动作
3、速度接近光速,飞船成员几乎不动了,因为光波长已经被拉长至极限,到达到光速时乘员动作停滞,因为光波长被拉成直线了,你不可能还能看到他的动作。
从飞船成员观测地球呢?
很多朋友在这里就会出现误区了,试想,接近光速时飞船时间都快停滞了,那么他看地球肯定是超级快进了!其实完全不是这样,当光速飞船成员接近光速时,从地球传来的光波长同样会被拉长至极限,最终停滞!
此时双方看对方的动作都是越来越慢,最终都处在停滞状态!假如这艘光速飞船不停下,其实他们看对方的时间都是停滞的,而且两者根本就无法交流,因为现有的所有通讯手段都无法跨越这个光速鸿沟。
光速飞船中的时间真的停滞了吗?
在这里我们就必须要理解下时间的相对性,上文我们看了地球观测者和飞船成员看对方都处在了停滞状态,如果时间是绝对的话,他们是不是同时都处在停滞状态了呢?
事实上无论是地球上的观测者,还是飞船中的成员,都在各自的参考系下自由生活,没有任何节奏会被打乱,比如看书吃饭上厕所睡觉,该有的步骤一个都不会少!因此在各自的时间体系下,对于自身来说,时间是一样的。
因此长生不老是一句空话,比如成员的寿命是100岁,他出发时是40岁,而他带了一个钟表,当这个钟表走到100岁的时候,那么他也该挂了,并不会因为在光速飞船中多活几年或者永生!
谁会老的更快?
刚我们说明,光速飞船和地面观测者看来时间都停滞了,两边都不衰老了,那么光速飞船穿越到未来又是怎么回事呢?
光速飞船必须退出光速,否则没有人知道它跑到哪了,它必须减速直至停下的过程中,此时跟随在光速飞船后,从地球发出的光将会在极短的时间内到达飞船乘员眼中,地球观测者的样子将在这短短一段时间内迅速变老,飞船以光速飞行多久,那么这个减速期内就会看到衰老多快!
用庞加莱的解释来说明这个问题似乎比较容易理解些:“即本地时是来自不同坐标系间通过光速进行的时钟同步”,这就是狭义相对论中同时性的相对性的概念的原始出处。
但狭义相对论描述的是匀速运动的,这个加速减速的过程并不适合用狭义相对论来解释,1916年的广义相对论出来之后才以加速与减速等同在引力场中时间变慢,从而完美的解决了这个问题!