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教养:光每秒可以跑多少公里?
发布时间:2020-02-28 19:50  | 作者: fabuyuan  | 来源: 未知
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假期,游泳池时光。

图片来源/pixabay

昨天我们和史黛拉去一座现在到处都在兴建的辽阔的人造海水浴场,人们躺在那儿人工沙滩的棕榈树下,沉入渡假的幻想之中。史黛拉觉得好极了,她不是野心勃勃的泳者,最爱在戏水池里打打闹闹。因此有了一项激励我思考的发现—涉水渡过有大腿那么高的水时,她说:「虽然想走得很快,却怎么也走不快,这是为什么呢?」

当她在那座「巴里岛潟湖」探查的时候,我在躺椅上一边打瞌睡,一边想着,她的意见会不会是光速某个特质的一幅清晰图像?因为光速也是无法超越的。光速是所有可能的速度中最快的一种—我们很不容易理解这一点。

光—每一道阳光,每一种反射,每一个图像—都需要一定的时间才能到达我们的眼睛。日常生活中我们不会察觉到这个现象,这与光的速度有关:它每秒跑三十万公里,非常快。假如打开房间天花板上的一盏灯,灯亮的亿分之一秒内,我们就能看到了。然而我们不禁问自己,没有比这更快的吗?答案是:一个物理学上的定律,告诉我们没有更快的速度了,虽然它是如此难以理解,人们仍然觉得这个定律是很特别的。任何东西—砲弹、构造精良的火箭—都不可能比光还要快。

这一点我们很难理解,平常我们很习惯踩油门让车子开得快一点儿,如果车子没有开得更快,不能把原因推给物理定律,而是达到了马达工作能力的极限。原则上,如果一辆车子的马达够强,任何速度都是可能的。

让我们假设,在一个从一到一百的刻度上,一百指的是光速。现在若有一辆汽车以刻度上九十九的速度开在路上,为什么不能加速到刻度上的一百零一呢?答案令人惊讶:就是办不到,无论怎么加速都没用。所有到目前为止关于这个题目的实验(不是利用汽车,而是利用超快速的基本粒子),都得到同样的结论:即使再怎么努力,也不可能超过刻度上的一百。没错,我们一次都办不到,我们总是差刻度上的一百那么一点点。

为了要找出原因,我们可以想像一个「光速跑者」,这个人应该具备所有身体上的先决条件(首先要有一双长而又长、非常长的腿),才能跑得比光还快。现在,我们让这位光速跑者开始飞奔,因为他是位杰出的跑者,不久就不费吹灰之力,到达了刚刚所描述刻度从一至一百之间的九十九。此时光速跑者说了以下的话:「目前我的心脏每跳动一下,我就跑一步,速度在刻度上为九十九。如果现在我让我的步伐数变为两倍,心脏每跳动一下跑两步,逻辑告诉我的速度将达到刻度上的一百九十八,因此我将明显地超越了光速。」

为了要监督这位光速跑者史无前例的尝试,有一位计时员站在跑道旁,他注视着这位跑者,用一个计时器测量他的速度。他发现,这位跑者花一秒钟跑一步,这表示他长得不得了的腿到达我们从一至一百的刻度上的九十九。二者—光速跑者以及计时员—测量到的速度是一样的,与我们正常人的理解力所期待的完全相同。

接着,这位光速跑者加快他的步伐,依照计画从心脏跳动一下跑一步,提高步伐数为心脏跳动一下跑两步,心想他一定明显地超过了光速。接着他的目光投往跑道旁计时员的计时器上,诧异地看到,他每跑一步,计时器依旧是跳一秒。他觉得不可思议极了,因为他使他的步伐数增加为两倍,可是速度却没有加快,他想这里一定有什么不对劲。

为了找出原因,他看一看自己手上戴的手錶,手錶看来走得正确:每次心跳以及每跑两步时,它都跳一秒。这是说,与计时员的计时器比起来,他的手錶现在走慢了,因为它每步跳一秒。不知怎么回事,与计时员计时器的步子相比,跑者手錶的步子只有一半,而且每次继续加速,只会加强这种特殊的影响。光速跑者每次尝试跑得更快,他的手錶便比计时员的计时器走得慢。

计时员本身根本没有察觉到这位光速跑者的困难,他大概会觉得奇怪,跑者并未变得更快,反而和之前一样一秒钟跑一步,速度始终保持在一至一百刻度上的九十九。看样子想超过光速遇到了阻碍,显然光速跑者在加速增快他的步伐时,并没有增加他的速度,只是减低了他与计时员相比的时间运动。所以,他史无前例的尝试失败了。

这可能吗?钟錶不管是静止不动或正在走;在飞机上或者在地面上,走的速度可能不同吗?或者这是一个完全没道理的想像,因为时间在任何地方或宇宙的每一个点上,走得都很规律,而且不受任何因素影响吗?

答案是:时间不会这样,时间不是一个独立的、宇宙的值,而是一个相对、受外在环境影响的值。它在飞机上走得比在地面上慢;在火箭上又比在飞机上慢。若有人试着将一个时钟利用巨无霸火箭加到超过光速,这只手錶只会愈走愈慢,因为每次加速的努力都被变慢的时钟抵消了,于是火箭的速度一直都达不到光速的界限。不能超越光速的原因,不在于我们还无法设计出一种适合的推动力来,而是因为时团队拓展训练间—听起来真令人不敢相信—总是破坏我们的计画。

做为旅客的我们,在火箭上根本察觉不到时间变慢了,因为我们并非生活在一个宇宙时间中(没有宇宙时间这个东西),而是在侷限火箭的时间中。直到我们从太空归来时,才会留意到,与地球的时间比起来,我们的时间变慢了。依照旅行的速度,我们可能只变老几个月,在地球上,却已流失了几年甚至是几十年的时间。我们将回到一个完全不同的世界,一个也许我们的小孩比我们还要老的世界。

这个想法让我吓了一跳,物理上绝对正确,我却觉得超现实,有如恶梦。我担心睡着之后在另外一个世界醒来:在一个我不了解的未来里,而史黛拉可能已经死了,而我只是上世纪的一块化石。

我迅速睁开眼睛,免得真的睡着了,史黛拉在探查「巴里岛潟湖」之前又回来了,正向我挥着手。我吸了一口气:她一直还是那个我认识的金髮小女孩,我轻轻地把所有的思虑抖乾净,几秒钟内就来到她身边,轻鬆愉快地藉着跳一大步就超过了「水速」。

《为什么一星期有七天?》



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