這句話讀起來有些繞嘴,像繞口令一樣,甚至看起來似乎有些前后矛盾,其實(shí)不然。下面來具體分析一下光以及光速的問題。

光,或許就是我們身邊“最熟悉的陌生人”。因?yàn)楣庠谖覀兩磉厽o處不在,我們的日常生活也離不開光,但人類至今都沒有弄清楚光的本質(zhì)到底是什么。

雖然如此,這并不妨礙人類對(duì)光的探索。而人類的科學(xué)發(fā)展史,也基本上是對(duì)光本質(zhì)的探索史,對(duì)光的探索幾乎貫穿了人類整個(gè)科學(xué)史。幾千年來的研究,也讓人類越來越靠近光的本質(zhì)。

如今我們知道,光雖然代表著光明,其實(shí)光的一生是很“悲劇”的,因?yàn)楣飧揪蜎]有所謂的“一生”。對(duì)于光子來講,它只會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)瞬間:生和死。

為什么這樣講?

因?yàn)閷?duì)于光子本身來講,它是沒有任何時(shí)間概念的,當(dāng)然也沒有空間概念。而時(shí)間和空間是任何事物存在的根本所在,我們的宇宙就是四維時(shí)空的集合。從這點(diǎn)上來講,嚴(yán)格來講光并不屬于四維時(shí)空,甚至不屬于我們的宇宙。

我們看到光飛行的路線是一條直線,但對(duì)于光本身來講,并不是直線,而是一個(gè)點(diǎn)。

要想更好地理解光的一生,我們需要理解速度與時(shí)間之間的關(guān)系,也就是所謂的“時(shí)間膨脹效應(yīng)”,速度越快時(shí)間就越慢。

在我們的固有印象里,一秒就是一秒,不管在宇宙中的任何地方,一秒的時(shí)長(zhǎng)總是不會(huì)改變的,也就是說,我們通常會(huì)認(rèn)為時(shí)間是絕對(duì)的。

但光速不變?cè)淼某霈F(xiàn),徹底顛覆了我們對(duì)時(shí)間和空間的固有認(rèn)知。

我們都知道,速度是相對(duì)的,需要有參照系才有意義,不同的速度疊加之后當(dāng)然會(huì)發(fā)生變化。但光速是一個(gè)特例,光速是絕對(duì)的,意味著光速與其他任何速度疊加之后仍舊保持光速不變。

光速不變意味著什么呢?舉例說明就明白了。

假設(shè)一艘飛船在高速飛行,飛船上有一個(gè)光子鐘,結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,兩面鏡子平行放置,鏡子之間有一個(gè)光子來回上下垂直飛行,光子在鏡面之間來回“滴答”運(yùn)動(dòng),相當(dāng)于地面上的鐘表。

由于飛船在高速運(yùn)行,而光速又是不變的,所以在地球上的人眼里,光子飛行的軌跡并不是上下垂直的,而是斜線飛行。飛行一個(gè)回合的距離自然就更長(zhǎng)了。

但是光子的速度又是不變的,因此對(duì)于地球上的人來講,飛船上的時(shí)間就變慢了。而且,隨著飛船的速度變得越來越快,光子飛行軌跡的傾斜角度也會(huì)越來越大,在地球上的人看來,光子“滴答”一聲所花費(fèi)的時(shí)間也會(huì)更長(zhǎng)。

這就是所謂的時(shí)間膨脹。地球的時(shí)間與飛船上時(shí)間并不一致,由于飛船速度很快,時(shí)間自然就變慢了。

時(shí)間膨脹是很違背我們的日常生活經(jīng)驗(yàn)的,畢竟在我們?nèi)粘I罾铮愕囊幻肱c別人的一秒顯然是沒有差別的。但那只是因?yàn)槟闩c別人的速度相差無幾,哪怕是地球上最快的速度,與光速相比都是小兒科,引發(fā)的時(shí)間膨脹效應(yīng)都可以忽略不計(jì),我們更不可能直觀地感受到時(shí)間膨脹效應(yīng)。

但是如果速度足夠快,就好比剛才所講的飛船,達(dá)到亞光速,甚至無限接近光速,時(shí)間膨脹效應(yīng)就非常明顯了。

當(dāng)飛船的速度越來越接近光速,對(duì)于地球上的人類來講,光子鐘中的光子飛行的軌跡就越來越接近平行線,光子“滴答”一聲花費(fèi)的時(shí)間也就更長(zhǎng)。當(dāng)飛船的速度無限接近光速,光子的飛行軌跡就無限接近平行線,需要花費(fèi)無限長(zhǎng)的時(shí)間才能完成一個(gè)回合運(yùn)動(dòng),就相當(dāng)于飛船上的時(shí)間靜止了。

而光子的速度就是光速,一出生就是光速,沒有任何加速過程,因此光速飛行的光子,在時(shí)間維度的速度就為零,說白了就是沒有時(shí)間概念。

其實(shí)這也說明了一點(diǎn),要想讓自己的時(shí)間變慢,就需要在空間上的速度足夠快才行,因?yàn)闀r(shí)間維度的速度與空間維度的速度合起來就是四維時(shí)空的速度,而任何物體在四維時(shí)空里的速度都是光速!

注意,上面的光速指的是四維時(shí)空里的速度,并不是三維空間的速度。平時(shí)我們所講的速度其實(shí)都是指三維空間速度。當(dāng)我們靜止不動(dòng)時(shí),空間維度的速度為零,時(shí)間維度的速度自然就是光速。

對(duì)于光子來講,由于它始終以光速飛行,沒有任何時(shí)間概念。如果光子有思維,你問光子任何有關(guān)時(shí)間的概念,光子就會(huì)很納悶:時(shí)間到底是什么?

由于沒有時(shí)間概念,意味著光子的一瞬間就相當(dāng)于“永恒”,光子可以在一瞬間飛行任何遙遠(yuǎn)的距離。其實(shí)這樣講并不太嚴(yán)謹(jǐn),因?yàn)楣庾記]有時(shí)間概念,也不存在“一瞬間”,這里只是用一種通俗的方式進(jìn)行描述。

平時(shí)我們經(jīng)常會(huì)講,太陽(yáng)光需要花費(fèi)大約8分鐘時(shí)間才能到達(dá)地球,這里的“8分鐘”并不是光子本身飛行的時(shí)間,而是在地球人類眼里,光子飛行的時(shí)間,這個(gè)時(shí)間很好計(jì)算,就是簡(jiǎn)單的距離除以光速。

也就是說,在人類眼里,光子花費(fèi)了8分鐘時(shí)間到達(dá)地球,但對(duì)于光子本身來講,不會(huì)花費(fèi)任何時(shí)間,一瞬間就到達(dá)地球了。實(shí)際上不要說地球了,光子可以在一瞬間飛到宇宙的邊界,不管多遠(yuǎn)的距離,光子都可以瞬間到達(dá)!

同時(shí),由于時(shí)間和空間是有機(jī)的整體,意味著在人類眼里不管多遠(yuǎn)的距離,對(duì)于光子來講都是近在咫尺,說白了都是零。如果你在一艘飛船里,飛船的速度無限接近光速,那么在你眼里,即便是遙遠(yuǎn)的宇宙邊界,也變得近在眼前,你一個(gè)跨步就能到達(dá)宇宙邊界。

這其實(shí)是尺縮效應(yīng),與時(shí)間膨脹必然同時(shí)出現(xiàn),因?yàn)閮烧呤堑葍r(jià)的。

而所謂的一光年,只是人類自己的定義,就是簡(jiǎn)單粗暴地用光速乘以時(shí)間得出來的數(shù)字,定義為以光速飛行一年的距離。而對(duì)于光子本身來講,不要說一光年的距離了,哪怕是可觀測(cè)宇宙的直徑930億光年,光子也可以瞬間穿越,不需要任何時(shí)間。

說到這里,有必要進(jìn)入深入探索。很多人總是夢(mèng)想著通過某種超光速方式,實(shí)現(xiàn)星際旅行。其實(shí)要想進(jìn)行星際旅行,完全用不著超光速,只要能夠非常接近光速就可以了。

因?yàn)檎鐒偛潘v,當(dāng)飛船的速度無限接近光速時(shí),時(shí)間就會(huì)趨于靜止,更重要的是,再遠(yuǎn)的距離,對(duì)于飛船來講都是近在咫尺,一瞬間就可以到達(dá)。這種情況下還要“超光速”啊,完全不用!

再說了,超光速也是大自然禁止的。

還有一點(diǎn),速度越快時(shí)間就越慢,很多人就會(huì)認(rèn)為當(dāng)速度足夠快時(shí),是否意味著“永生”呢?

實(shí)際上恰恰相反,當(dāng)你的速度無限接近光速時(shí),不但不能永生,反而會(huì)“瞬間斃命”。因?yàn)闊o限接近光速飛行時(shí),你的一瞬間宇宙的時(shí)間就過去了無限久,意味著宇宙早就終結(jié)了。

連宇宙都不存在了,你當(dāng)然也不可能存在。也就是說,假設(shè)你的速度能夠達(dá)到光速,在達(dá)到光速的一瞬間,你就斃命了!這或許也是大自然不允許我們達(dá)到光速的原因吧,也是為了“保護(hù)”我們!

完!