太阳与地球之间的距离大约为1.5亿公里,若以光速每秒30万公里计算,太阳的光芒抵达地球大约需时8分20秒。
那么,为何我言之凿凿地说“太阳光子瞬息间飞抵地球”呢?这涉及到速度、时间与不同参照框架之间的微妙关系。
简而言之,时间具有相对性,速度愈快,时间就显得愈加缓慢,这正是所谓的时间膨胀现象。理论上,当物体速度与光速齐平,时间便会停滞。
说“时间停滞”其实是一种夸张。确切地说,应是“时间不存在”了。对于以光速行进的物体而言,时间的概念不复存在,时间的流逝亦无从谈起。
太阳光自诞生之刻即刻拥有光速,无需加速过程。因此,对于光子而言,时间没有任何意义。若光子具备意识,时间这一概念对它来说是完全无法理解的。
那么,我们又为何说“太阳光抵达地球需要8分钟”呢?
这与我们选取的参照框架息息相关。我们是以地球作为参照点来衡量太阳光所需的行进时间,这不过是简单的算术问题:距离为1.5亿公里,速度为每秒30万公里,那么时间自然得出8分钟。
接下来,让我用通俗的语言来解释一下为何光子似乎可以瞬间穿越至地球,甚至宇宙的任何角落。
根据爱因斯坦的狭义相对论,速度不仅能使时间放慢,还能导致空间收缩。这不难理解,因为时间与空间本为一体,两者需同步变化,这便是所谓的“时空”。时间与空间可以视作一体之两面。
因此,时间膨胀与空间收缩是相互关联的,两者会同时发生。
我们亦可从空间角度来理解这一现象。速度越快,空间就越紧缩。若一个物体速度极近光速,那么无论距离多远,对它来说都似乎触手可及。
举个例子,比邻星与地球相距大约4.2光年。你若乘一艘接近光速的飞船前往比邻星,飞船速度假定无加速过程,始终保持近光速飞行。
对于地球上的观察者来说,你抵达比邻星需要多久?
答案显然是4.2年,这依旧是简单的数学问题。因为对于他们来说,比邻星与地球的距离便是4.2光年,不变之常数。而你以近光速前进,故所费时间必为4.2年。
但对你个人而言,你根本无需花费4.2年,因为你在光速飞行的一刹那,刚离开地球便已踏足比邻星。
为什么?
因为你的速度若是光速,那会导致空间极度收缩,4.2光年的距离将缩至微不足道。比邻星宛若近在咫尺,飞船刚启动便已达到目的地。
对于地球人而言,你需耗时4.2年方能抵达比邻星;而对你个人来说,却是瞬间即至。这看似矛盾,实则不然,因为选取的参照框架不同,得出的结论自然不同。在狭义相对论中,参照框架的选择至关重要。
由于时间具有相对性,每个人都只需对自己的“本征时间”负责,即个人所感受到的时间。每个人对本征时间的体验都是相同的。举例来说,你在地球上口袋中的钟表,与你身处黑洞附近口袋中的钟表走时是相同的,这里的“相同”指的便是个人感受。
换言之,你在地球上能活80年,那么在黑洞附近或光速飞行时,寿命也是80年,而不是因为时间膨胀而能永生。
实际上,光速飞行不但不能让人永生,反而会瞬即致人于死地。
我的意思并非“光速飞行会将你化作一束光子”,即使在光速飞行的状态下,你仍能保持完好无损,但那仅是一瞬之间,随后便是不复存在。这究竟为何?
因为在你光速飞行的那一刹那,宇宙已历经无限久的时间。而无限久意味着宇宙的终焉。光速飞行的短暂瞬间对你而言即是永恒。
这里有必要强调一下,以免误导。上述内容仅用爱因斯坦的狭义相对论通俗地探讨了光速飞行问题。实际涉及光速飞行的问题,则超出了狭义相对论的范畴,因为该理论仅适用于低于光速的世界。
如狭义相对论所强调的,任何拥有静质量的物体皆无法达到光速。
简单来说,狭义相对论的背景是四维时空,而光速飞行的光子或其他物体已无时间与空间概念。
失去时间与空间,意味着它们不应存在于四维时空之中!
然而我们所见之光,却在四维时空中无处不在,怎能不属于四维时空?这或许正是光之神秘所在,也是科学家至今难以揭示光之本质的主因。
我们可以这样通俗理解:将光速视作四维时空的界线,就如同黑洞的事件视界一般。低于光速,我们活在四维时空的世界;超过光速,则进入高维度空间,且必须是高维度。
这只是我的一种推测,旨在拓宽大家的思维,鼓励大家积极思考,切勿被固有认知所束缚。