开着手电筒跑步,手电筒的光是不是就可以超光速了?
利用光速不变,爱因斯坦推导出了狭义相对论,并利用广义相对论解释了空间和引力的关系。
随着相对论的逐渐证实,真空光速不变,也渐渐成了板上钉钉子的事情。
但如果把相对论当做物理事实,我们会发现,并不是光速决定了相对论,恰恰相反,是因为相对论效应,决定了光速不变。
简而言之,物质的总能量(静质量+动质量,决定的总能量)会造成时空弯曲。
无论任何有能量的物质,都会造成时空弯曲,哪怕你拿着电筒跑动,也会造成时空弯曲。虽然相对于宇宙尺度来说,这样的时空弯曲可以忽略不计,但探讨速度叠加的问题,却不得不考虑在内。
时空扭曲下,会出现 洛伦兹收缩:
但同时,压缩的时空还会出现 慢钟效应 :
时空扭曲,长度收缩的同时,时间变慢。
二者结合,会发现,无论你如何增加速度,光速依旧不变。
虽然宇宙尺度下,时间的本质是连续的,不间断的,但 人依旧只能通过物质的变化(包括自身的变化),来感受时间。 相比较于地球,在黑洞附近的空间扭曲,造成物质变化速度不同,造成黑洞系统附近人在时间感官上的差异。进入黑洞之后,人感官上的时间,会变得趋向于无限静止。(物质状态的变化趋向零)
正是因为这个原因,拿着电筒跑的你,随着速度越来越快,越趋近光速总能量也越来越大,时间也越来越压缩。(本质上讲,你实际是越来越趋向于坍缩为黑洞……)
通过慢钟效应,我们知道:虽然作为我们地球观察者来说,你无限接近光速,跑到了25光年之外的织女星,所用的时间依旧是25年。但对于你来说,他所经历的时间,却是瞬息之间的。
在无限接近光速的情况下,你在感官上,所经历的时间T,会无限接近0。
也就是说,虽然你的速度依旧只是接近光速,但他的自身的感官会觉得自己是超光速的,而且叠加的速度还不仅仅只是1+1的单纯相加。
本质上是因为洛伦兹收缩,造成了超光速的错觉。那么这个错觉下的超光速速度, 也是符合洛伦兹变换。
洛伦兹因子:
你的真实速度V,乘以洛伦兹因子,便能得到这个错觉下的超光速速度。
作为,你之外的观察者,由于没有在你所在的能量系统之内,自然不存在 慢钟效应, 我们就会发现,你渡过的时间(生命流逝)比我们更短 。
我们渡过50年,看到你接近光速从织女星溜达了一圈回来,但发现他竟然没有衰老。 你在旅行过程之中,也从来不会观测到自己超光速,他所能发现的仅仅只是时空扭曲带下,距离上的洛伦兹收缩。 接近光速带来的能量无限增加,空间扭曲加大,距离大大缩短了。
再次强调:在宇宙尺度来说,无论你自我感官时间如何的静止,宇宙时间依旧渡过了50年,本质上不存在超光速。
但如果哪一天能够解决近光速带来的一系列问题,人类依然可以利用这一种超光速错觉,进行“超光速”旅行。 (本质上,相当于延长我们在宇宙尺度下的寿命)