(一)静质量不为0的物质达不到光速,所以飞船达不到光速。(推导)
(二)高速飞行的飞船相对时间会变慢。(理论与推导)
(三)假如飞船可以达到光速,时间的确可以相对静止。(理论与推导)
为什么飞船达不到光速?狭义相对论质增效应
动质量m静质量m0 光速c=30万km/s
低速状态v太小,c太大,所以v^2/c^2非常非常小,可以忽略不计了,所以m=m0
当v接近光速时,
v = c/2m = 1.2 m0
v = 0.9c m = 2.3 m0
v = 0.99c m = 7.1 m0
说明飞船的速度越接近光速,加速度越大,动质量越大,使其加速的能量就要越大。
当v=c时,分母为0,
根据数学洛必达法则,0/0型不定型极限,要求分子必须为0才能成立,即静质量m0为0.
所以如果一个物体的静质量不为零,你就永远不可能把它加速到光速。
当飞船高速飞行时
如果一艘飞船接近光速,地面上的人可以观察到飞船内的时钟,会走得比地面上的慢,这就是狭义相对论的钟慢效应。(假设地面上的人有千里眼,能观察到飞船内的时钟)
假设地面和飞船各有一个拿着计时器。两个同时启动,当地面上的计时器过了60分钟,会发现飞船里的小于60分钟,可能只有半小时。具体多少分钟取决于飞船的速度。
想象一个画面:假设飞船里的人匀速拍手,拍一下“啪”是一秒。拍两下“啪啪”是两秒,三下“啪啪啪”,3秒。
当飞船高速飞行时,地面上的人听到飞船里是这样的:“啪~~啪~~啪”,感受一下不同的频率,拍三下实际上飞船里过去了3秒,而地面上好像是把视频调到了0.5倍速过去了6秒。(假设能听到)
再说一个,比如飞船上有个人正在练武术
地面上看到船舱里像在打太极(感受下地面与船里的不同)
如果你看完图理解了,就可以知道,其实飞船上的人并没有感觉到时间变慢了,感觉变慢的是地面上人。狭义相对论的两个前提是:两个相对的等速的惯性系和光速不变原理,自己开着飞船,是感觉不到时间变慢的。
用一个简单粗暴的方法推导一下地上时间和飞船上的时间的关系
一艘速度为v高速飞船,飞船上有灯。静止时,灯从顶部射到底部,需要时间t,以速度为v飞行时,在A点打开灯,行驶到B点,灯正好射到底部,需要时间t‘。可以推出,灯光实际运行距离为斜线距离ct,静止时船顶到船底距离ct,飞船行驶距离vt
然后勾股定理计算(为了容易理解而已,专家别较真勿喷)
通过公式可以发现当飞船速度v越大,分母越小,t相对于t就越大,飞船上的钟走得就越慢。
光速为常数c=300000000m/s,人类最快的火箭16000m/s,代入v^2/c^2的结果都可以忽略不计,可得结果为t=t。因此人类生活中,时间不会因为速度有所变化。
当然爱因斯坦可不是通过勾股定理把狭义相对论推导出来的。实际上“钟慢尺缩“效应是源于荷兰科学家洛伦兹通过两个相对运动惯性系、光速不变以及微积分推导出来的。中间过程极其繁琐,不易理解。这里不做推导。
简易的勾股定理有很多漏洞,但便于理解。不深入的话,最终的公式结果是一样的,适用于科普。
飞船开挂达到光速
假设飞船开挂了,速度达到光速,我们可以通过”钟慢尺缩“效应推导出时间为0,空间为0,即时间静止、时空缩为一点。当然前面说过了,静质量m0为0时,才有可能,飞船达不到光速。
总结:狭义相对论不是说你快了,你的时间慢了。而是飞船对应的惯性参考系下的人看你变慢了。不管你在哪,有多快,你该活多久还是活多久。
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