首先必须明确的是,依据相对论,人是绝无可能达到光速的。实际上,这一限制并非仅针对人类,而是涵盖了所有具有静止质量的物质。相对论的质量效应公式清晰地揭示了其中的奥秘:
在这个公式里,m代表运动物体的质量,m0是物体的静质量,V表示物体的运动速度,C则是光速。当物体的运动速度V趋近于光速C时,公式中的分母趋近于0,此时物体的质量m会趋近于正无穷大。
这意味着,若要使一个具有静质量的物质达到光速,即便是将全宇宙的能量都用于对其进行加速,也是远远不够的。因此,从理论和实际的角度来看,有静质量的物体是不可能达到光速的。
根据狭义相对论的理论,当物质的速度逐渐接近光速时,会出现一种奇妙的现象:其时间流逝的速度会变得极为缓慢。这里所说的 “慢”,并非是主观感觉上的迟缓,而是时间本身的流逝速率变慢,只是处于这种状态下的物体本身难以察觉。这一现象可以通过以下公式清晰地表达出来。
其中,△t′表示运动物体的时间间隔,△t是相对(地球)静止的观察者所经历的时间间隔,V为物体的运动速度,C是光速。当V趋近于C时,公式中的分母趋近于0,那么△t′也会趋近于0。
由此可见,时间的同时性具有相对性。对于地面的观察者而言,他们所经历的一段较长的时间,在观察高速运动的物体时,会发现该物体上相对应的时间只过去了很短的一段时间。
此外,在高速运动物体上的观察者眼中,前方的距离L也会发生变化,即:
其中,L0是地面观察者测量的距离。
这样一来,高速运动物体上的观察者虽然自身感觉时间并没有变慢,但由于前方的距离变短了,所以会觉得在很短的时间内就到达了前方的目的地。而在地面观察者看来,这段距离并没有改变,只是高速运动物体上的时间流逝变慢了。
无论从哪个角度来看,高速运动的物体确实能够在较短的时间内到达目的地,并且物体的速度越大,这种时间变慢和距离缩短的效应就越明显,观察者感觉所用的时间也就越短。
然而,倘若我们违反相对论的光速限制原理,假设一个人(或高速运动的物体)真的达到了光速,那将会出现怎样的情景呢?
这也是许多人心中的疑惑。
很多人基于物体运动速度越接近光速,时间流逝越慢的认知,认为当达到光速时,时间肯定就静止了,或者说时间为0。这一结论从上述相对论的钟慢尺缩公式中似乎也能推导得出。当\(V = C\)时,公式中的分母趋于零,那么△t′和L都会变为0。
这意味着,在这个达到光速的人看来,无论距离有多远,都等同于0。
既然距离为0,自然也就无需花费时间,甚至连 “瞬间”都不用。而在地面观察者的眼中,这个达到光速的人无论飞跃多远的距离,都仿佛没有花费一点时间,并且看到的是这个人以达到光速那一刻的动作静止不动了。
但实际上,上述的情况仅仅是人们的一厢情愿。
因为当物体达到光速时,这已经超出了相对论所设定的前提和范围,又怎能再用相对论的结论来进行解释呢?
那么,事实究竟是怎样的呢?我们尝试着来描述一下。当人达到光速时,从本质上来说,人也就成为了光。
光速是时空脱离的界限,这意味着当人达到光速时,并非是时间静止了,而是时间这一概念已经不存在了。此时,以光速运动的物质(包括这个达到光速的人)不再以我们所熟知的时空方式存在,而是以一种我们尚未知晓的方式存在,就如同宇宙大爆炸时的 “奇点” 一般。
对于这个人来说,宇宙时空已经崩塌,他成为了一个真正的宇宙自由者,一个没有了躯壳的 “神”。到了这种地步,已经不存在所谓的感觉瞬间到达,因为连 “感觉” 的基础都已经不复存在了。所以,如果觉得这种情景过于神奇、难以接受,那就不要轻易设想达到光速飞行的情况了。
最后,我们有必要再次强调相对论中的 “时间膨胀原理”。令人欣慰的是,这一原理并非仅仅停留在理论层面,而是已经在我们的生活中得到了验证。至少有两个著名的实验可以有力地证明这一点:
第一个是电子钟实验。科学家们精心准备了两个极其精确的电子钟,将其中一个放置在一架飞机上,另一个则放在地面上保持静止状态。然后,他们将两个电子钟的时间调整到完全一致。当飞机环绕地球飞行一圈后返回,科学家们对两个时钟指示的时间进行对比,结果发现飞机上的电子钟显示的时间,比地面上的时钟出现了微小的变慢现象。这一实验结果清晰地表明,随着飞机的高速运动,时间膨胀效应确实存在。
第二个是原子钟实验。在这个实验中,科学家利用锂原子的电子跃迁频率制作了原子钟。他们分别对常态下的锂原子电子跃迁频率和经过加速的锂原子电子跃迁频率进行测试。结果令人惊讶地发现,被加速的锂原子电子的跃迁频率出现了负时移现象,也就是说,其显示的时间变慢了。这一实验进一步证实了时间膨胀原理的正确性,无论从微观层面还是宏观层面,都为相对论提供了坚实的实验依据。