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相对论如何让你变得比其他人年轻?

上回我们说了双生子效应,知道了怎么做才能让自己相对于一个惯性系的时间流速真实变慢,那就是相对于这个惯性系做非惯性运动。

那么具体怎样操作,这就是我们今天要说的内容。如何利用相对论的时间膨胀,让自己比其他人更年轻

这里需要强调的是,狭义相对论的时间膨胀并不能让你多活几年,例如你能活100,那在你看来依旧是100岁,你的时间也在正常的一分一秒的过,只是你的时间不再和其他人对等,也许你的100年就相当于别人的200年,是这样的意思。并不是让你长生,永远年轻,只是由于你的时间流逝变慢,相对于同龄人来说,你看起来年轻而已。

狭义相对论效应也并不能让时间倒流,现在看来,让时间倒流在物理学上是被禁止的。因为这会违背因果律。

好,我们开始今天的内容。

假如现在在宇宙空间中飘着一颗流浪行星,它不属于任何星系,它的周围也没有任何其他的天体,那么我们就可以认为这颗流浪行星相对于整个庞大的宇宙来说,就是一个孤立质点。

孤立质点和其他的事物没有相互作用,那么以这个流浪行星为原点建立一个坐标系,我们就认为它是一个完美的惯性参照系。

凡是相对于这个流浪行星做变速运动的参照系,都是非惯性参照系,假如我们乘坐一艘宇宙飞船绕着这颗流浪行星飞行的话,那么我们时间流速相对于这颗流浪行星来说,就会变慢。

这样我们就轻而易举地实现了相对于这颗流浪行星的时间膨胀。

你可能觉得这没意思,不过瘾,流浪行星上又没有生命,跟一块冷冰冰的岩石比时间没意义。那我们就把目光放回到银河系。

把坐标原点放在银河系的中心位置,虽然我们的银河系在宇宙中受到了其他星系的引力作用,导致整个银河系在做变速运动。

但对银河系这个整体来说,尤其是我们身处在银河系内,我们依然会认为银河系的中心是一个超级好的惯性参照系,而我们的太阳系正在银河系的三环以外,以每秒钟250公里的速度绕着银河系的中心公转。

由于匀速圆周运动也属于非惯性运动,因为它受到了惯性离心力的作用,因此我们整个太阳系相对于银河系中心附近的所有天体,时间会流逝的更慢。

因此,就算我们整天躺在家里不同,其实我们已经在相对于银河系的中心在做非惯性运动,我们的时间已经比银河系的中心要慢了很多。

如果银河系的中心附近有外星人的话,那么我们相对于它们,一直在感受着相对论效应给我们带来的好处。100年下来,我们可能比它们能年轻个400多天。

如果你想相对于它们扩大收益的话,坐个宇宙飞船,按照太阳公转的方向继续加速前进,速度越快,时间膨胀效应越明显。

如果你以接近光速的速度绕着银河系兜圈子,那么你活个100年下来,银河系中心附近的外星人估计都经历了好几十代人。

如果你觉得外星人看不见,摸不着,还不过瘾,那就回到我们地球,和地球人比时间。

和地球人比,这也很简单,把坐标系拉到地球上,把地球看作是一个近似的惯性系,这里需要强调的是,地球也并非是惯性系,它除了公转以外,还在自转。

但是只要我们想办法使得自己的运动状态更加偏离惯性系,也就是比地球自转还要加速的更猛烈一些,那么我们就能做到比地球人时间的流逝速度更慢。

怎样做?既然以地球为惯性参照系,那么我们只需要坐飞机自西向东绕着地球飞行,这样我们就相比于地球上的人更加偏离惯性系。那么我们的时间就会流逝变慢。

这里需要注意的是,一定要自西向东飞行,因为地球在自西向东自转,如果我们朝着反方向飞行的话,那么我们将变得更加接近惯性系。到时飞了几十年一看,自己居然比地球上的人还要老。

所以,结论就是要想自己比地球人更年轻,就必须在地球上往东运动。

那么你现在可能关心的是,这个理论对不对,非惯性运动真的可以让我相对于惯性系更年轻吗?

这个你大可放心!因为在1971年的时候,科学家已经做出这个实验,结果和理论预测符合得非常好。

当时准备了三个铯原子钟,一个放在了美国海军天文台,一个乘坐飞机往东飞行,一个乘坐飞机往西飞行。

根据理论预测往东飞行的铯原子钟,会因为非惯性运动比地面上铯原子钟慢184纳秒(-184ns),再考虑广义相对论带来的引力红移效应,以及往东飞时飞机的高度,预测出来的铯原子钟会比地面上的快144纳秒(144ns);

理论预测的综合效应为,往东飞的铯原子钟会比地面的慢40纳秒(-40ns),实验的结果显示,飞机上的铯原子钟比地面上的慢了-59ns。

理论预测往西飞行的铯原子钟会比地面的快96纳秒(96ns),根据飞行的高度预测出来的引力红移效应会导致铯原子钟比地面快179纳秒(179ns),理论综合效应为,往西飞的铯原子钟比地面上的快275纳秒(275ns);

实验结果为飞机上铯原子钟比地面上的快了273纳秒(273ns)。

可以看出理论预测和实验基本吻合,在允许的误差范围内,这个实验不仅验证了狭义相对论中的时间膨胀效应,也验证了引力红移效应,更是说明了双生子的问题,完全可以在狭义相对论的框架内解决。

以前有人认为,狭义相对论不能处理非惯性运动,有加速度就必须要用到广义相对论,其实这是错误的认识。当然广义相对论也能解决双生子的问题。

好了,今天的内容就到这里,这节课结束以后,我们的狭义相对论的部分就结束了。我觉得作为科普,了解这些就足够了,不用在意那些繁杂的数学推导过程,毕竟相对论又买不了菜,更不会影响你没有的工资,但是它倒是可以成为我们饭后的谈资。