在三体最后程心乘光速飞船逃离地球时,去到287光年外的星球,为什么只用了52个小时?
▍♫在三体最后程心乘光速飞船逃离地球时,去到287光年外的星球,为什么只用了52个小时?
如题目中所说,如果程心乘坐的飞船行驶速度真的达到了光速的话,这个时间根本就可以忽略不计了,所以说啊,只要是速度足够快,那就是一瞬间的事。
相对论描述了一种时间膨胀效应,那就是如果一个物体的速度能够足够快的话,那么对于它来说,它的时间会明显相对变慢。举个例子,一个宇航员在一艘以光速99%飞行的飞船里飞行了一年的时间(宇航员手表的时间),那么对于地球上的人来说,实际上时间已经过去了7年之久,如果速度进一步接近光速的话,那么这个差距就会越来越明显。
这就是相对论的魅力所在,你或许很难想象为什么高速飞行的宇航员的时间会变慢,这样一来宇航员岂不是间接去到了未来?但是事实的确如此,人类把一个十分准确的原子钟放在人造地球卫星上高速运行,一段时间之后发现,原子钟的时间相对于地球来说的确是变慢了。所以如题目中所说的,小说中描述的这种现象,完全有可能发生而且是符合理论实际的。
但是这里要明白的一点就是这里的时间只是相对的时间,对于飞船上的宇航员,无论飞船飞行的速度有多快,宇航员感受到的时间的流逝是一样的,并不会因为他的速度很快他就会感觉时间过慢了,只是跟地球上的人相比,从某种意义上来说的确是变慢了。《三体》中程心乘坐光速飞船去到了287光年外的星球,的确可以做到只用52个小时,甚至是更短的时间,可能很多人用传统的距离除以速度等于飞行时间,这种算法对于地球上的人来说没有问题,因为地球上的时间的确是过去了287年,但是飞船上的时间没有过去这么久。
但是哪怕飞船的速度再快,也有一个极限,那就是无论如何也不能超过光速,因为一旦超过光速,时间就会倒流,而这是违背相对论的。理论上来说,只要是速度足够快,哪怕是一瞬间就到了287光年之外那也不是不可以,但是无论多快,还是需要时间的,如果飞船的速度真的等于光速了,那么飞船上的人就不会再有时间概念。
《三体》是一部十分优秀的科幻小说,小说中描述的很多现象都是非常经得住推敲的,就题目中描述的这种现象,只要是人类未来掌握了光速飞行技术,有能力将飞船的速度加速到足够接近光速的话,那么小说中的情节也是可以成为现实的。
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这里就要涉及到爱因斯坦的狭义相对论了。我们平时所用的时间和空间,都是以地球参照系为准,但如果有个参照系相对于地球运动,这个参照系上的时间和空间将不同于地球参照系。不过,对于运动速度很慢的情况下,参照系之间的时间和空间的差别很小,可以忽略不计。但如果接近光速的情况下,就必须要考虑这种差异了。
在《三体》中,程心乘坐的星环号飞船使用曲率引擎可以达到接近光速的速度,但并没有达到光速,也无法达到光速。飞船飞到287光年外的星球,只用了52个小时,这里其实涉及到了两个参照系的参数,287光年的距离是从地球参照系的观测者看来,而52个小时是从飞船系的观测者看来,如果把两者结合在一起,似乎就出现了超光速现象,但这是没有意义的。事实上,只有地球系的时间要与地球系的空间进行比较才有意义,飞船系的时间要与飞船系的空间进行比较才有意义。
为了便于计算,这里忽略星环号飞船的加速和减速时间,并认为它是匀速运动。根据狭义相对论的尺缩效应,飞船系和地球系所测得飞船的飞行距离ΔL和Δl存在以下的关系:
其中v是星环号的飞行速度,c是光速。
从上式中可以看到,当飞船足够接近光速时,在地球系看来相隔287光年的距离,在飞船系看来这个距离很短,所以只要很短的时间就能飞完这段距离。
此外,根据狭义相对论的钟慢效应,飞船系和地球系所测得飞船的飞行时间ΔT和Δt存在以下的关系:
由于星环号的运动速度十分接近光速,所以在地球系看来,飞船飞行287光年的距离所需的时间大约为287年。但飞船系的时间只用52个小时,并且飞船系测得的飞行距离只有大约52光时。从这些参数中,可以大致推断出星环号的飞行速度约为光速的99.99999997864%。
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在三体最后程心乘光速飞船逃离地球时,去到287光年外的星球,为什么只用了52个小时?
三体确实是一部伟大的作品,特别是相对论方面的普及,达到了非常高的层次,即使很多人无法明白为什么会如此,他们至少知道了了光速或者接近光速的飞船中的时间与地面时间流逝是不一致的。
这两者之间的关系,可以用一个公式来表示:
t为飞船时间,t'为地面时间,陈心去到287光年外的星球,只用了52小时,这是飞船系中真正尺缩效应后的距离,可以认为只有52光时的距离
其中L=52光时,L0=287光年,C为光速,那么V的计算就很简单了,代入计算有V=99.9999999786%,几乎可认为已经无限接近光速。
不过这个跟通行的曲速理论存在一些差异,当然对于这种仅存理论上的动力形式并不评价哪个更先进一些;以西方流行的曲速理论上看来曲速飞行时使用弯曲空间的能力将飞船包裹在一个空间泡泡里,在这个体系中移动的只是一个空间,而飞船在这个空间里是不动的,因此脱离了相对论的桎梏!这也是宇宙膨胀可以超过光速的原因,观测得到的结果是空间的膨胀似乎不受光速限制。
那么三体中的曲率飞行则并没有制造一个弯曲空间将飞船包裹在内,而是直接在飞船前后方压缩与扩张空间,让空间的弹性推动着飞船前进,因此飞船相对于空间仍然是移动的,结果就是飞船并没有逃脱相对论的桎梏,并且不能超过光速,只能无限接近光速的原因!
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在《三体:死神永生》的后半部分,整个太阳系都面临着二维化的结局,而维德死后的星环集团与世界政府合作研制出了曲率驱动引擎,星环号由此成为了太阳系唯一一艘光速飞船,程心和艾AA驾驶它前往287光年外云天明赠送的那颗星球。
三体中的曲率驱动飞船是可以无限接近光速的,刘慈欣在创作的过程中显然也想到了有静止质量的飞船无法达到光速,因此程心驾驶的星环号用了52个小时才到达了287光年外,如果真的以光速飞行的话是不需要时间的。
三体作为一部优秀的硬科幻作品,它的故事情节背后都有科学理论在支撑,而程心52小时跨越287光年背后就是爱因斯坦的狭义相对论在起作用。
牛顿力学只适用于低速状态下的物体运动,当物体接近光速时是无法用牛顿力学来预测和描述的,狭义相对论就是瞄准牛顿力学的局限性而创建的理论,在狭义相对论中“速度越快时间越慢”,将程心52小时的时间与287光年的路程代入时间膨胀公式后就能得到她的速度。
计算表明曲率驱动引擎将星环号的速度提升到了光速的99.9999999786%,确实是实现了无限接近光速,这也说明只要达到光速的99.9999999786%,那么就能在52小时之内跨越287年的时间,实现通向未来的时间旅行。
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做有趣的科普,猫先僧来撸一撸。
很高兴看到《三体》,更高兴看到问题里面没有超光速的假设。作者的水平很高,本猫就不讲太多废话啦。给吃瓜群众直接上一个硬菜公式大家品味品味。都是初中知识份子能看懂的展开式啦:
把程圣母飞船的实际速度带入上述公式中计算,就可以一目了然了吧。圣母的飞船号称光速飞船,用了令人目瞪口呆的曲率驱动,其实也只是很接近光速而已,好像到达了99.9999996%的光速。于是,飞船上的人时间将产生很严重的慢钟效应,按照书中是度过了52小时,而正常三维宇宙的世界度过了287年。程圣母就这样咻的一下,丢下地球人类,自个前往云天明送她的星星上风流快活去了。
扯淡的相对论就是这个解释的基础啦。你要问相对论的原理和本质“光速不变”,那是小爱的一个假设啦!为什么?谁知道啊!小爱就这么说了,然后把时间和空间弄得一塌糊涂!一百多年都不得规整,完全没有牛逼顿时代的经典严肃。可惜,天不遂人愿,大家这一百多年来,不断的想干掉小爱的假设,却越打越结实,小爱终于封神,程圣母也得以逃脱,唉~该死的没死啊!
《三体》里面,本猫最讨厌程圣母,没有之一!云天明怎么就会看上她呢,还好天明终究是和AA渡过了一生,也算是个美好的结局。
好了,心情都不太好了。打完收工。欢迎讨论。
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