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對光來說,時間靜止嗎?

2019-11-05知識

對光來說,不僅時間是靜止的,空間距離也是為零的。

該怎麽去理解這一點呢?這其實是一個細思極恐的問題。

想象以下場景:在實驗室中存在兩點:點A 和點B,點A是一個粒子發射源,點B 是一個粒子探測器,點A 與點B 的距離為 L :

從粒子源A發射一個速度為 v ( v<c , c 為光速)的粒子m,在實驗室看,這個粒子從被發射到被探測到(被吸收掉)經歷的時間為 \Delta t=L/v ,但是在粒子自己看來,經歷的時間為:

\Delta t_0=\Delta t \sqrt{1-v^2/c^2} ,

存在 \Delta t_0 <\Delta t ,即時間縮短了,當然對於實驗室的人來說,這個過程經歷的時間就是變長了,也就是所謂的 時間膨脹 效應。

而實驗室看到的距離 L 在粒子自己看來,就變成了:

L_0 =L \sqrt{1-v^2/c^2} ,

存在 L_0 <L , 也就是在粒子看來,這段距離都縮短了也就是所謂的 尺縮效應

那麽如果發射的粒子是光子,則 v=c ,在實驗室來看,這段距離 L 和時間\Delta t=L/v 均為有限值,但是對於光子來說就不一樣了:

\Delta t_0=\Delta t \sqrt{1-c^2/c^2}=0 ,

L_0 =L \sqrt{1-c^2/c^2}=0 ,

即對光子來說,這段距離為0,時間也為0。也就是說,對於光子來說,發射器A與探測器B之間沒有任何的距離,或者說,A與B是挨在一起的,那麽自然地,從A到B就不需要任何的時間。再往深一點想,對於光子來說,剛被發射出來就被吸收了,自己的存在時間為零。而在實驗室裏看,這一瞬間被拉長到了一個有限的時間與空間裏,被我們觀測到了。

這個結論可以推廣到任意的(在我們看來的)有限時間前被發射出來的光子,只要宇宙是有限的,一束光最終被吸收的話,那麽我們所經歷的一切在它看來都是一瞬間!

延伸一下,微中子,為什麽透過微中子震蕩能判斷其有質素呢?微中子震蕩是其自身發生了變化,變化這個現象是客觀存在的,無論哪個參考系都必須能看到。所以,如果微中子是無質素的,則一定以光速運動,那麽在它自己的參考系就無法看到自己的變化,因為它的存活時間為0。因此,它的速度不能為光速,所以必須有質素。當然這只是一個naive的理解。

所以你看,自己永遠是生活在自己的空間和時間裏的,透過高速甚至光速運動並不能使自己長生不老,只是把自己的一瞬間變成了別人眼中的永恒而已。

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