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火星科普
03-10 22:49優(yōu)質(zhì)原創(chuàng)作者
關(guān)注
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真空中的光總是以相同的速度c傳播，精確來說是299,792,458米/秒，不管它是如何被創(chuàng)造出來的，或者是在什么坐標(biāo)系中觀察到的都一樣。如果有人駕駛一輛相對地面來說接近光速的汽車（忽略空氣影響）并打開前燈，那前燈發(fā)出的光會保持在速度c。對于在高速行駛的汽車?yán)锏挠^察者來說，前燈光仍然以光速c傳播，地面上靜止的觀察者測量這個光的速度也是c。怎么會這樣呢？
當(dāng)一個參照系相對于一個靜止參照系快速移動（接近光速）時，那么，處于靜止參照系的人會觀察到運動參照系的時間慢下來，這種相對論效應(yīng)被稱為時間膨脹。此外，一個運動參照系的空間和該空間中的物體，相對于靜止的參照系會在運動方向上收縮，這種相對論效應(yīng)被稱為長度收縮。對于相對靜止參照系中的觀察者來說，以接近光速運動的汽車實際上會被從前向后壓扁。但是這種收縮不會對車內(nèi)的人或車造成傷害，因為它是空間本身在收縮，所以汽車不會什么不同。注意，這些效應(yīng)是由相對運動引起的。
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對于車?yán)锏挠^察者來說，他看到的車是靜止的，因此它看起來很正常，沒有被壓扁，時鐘也沒有走慢。事實上，對于車?yán)锏挠^察者來說，站在地上的人才是正在移動的物體，因此車?yán)锏娜似鋵崟^測到地面上的人出現(xiàn)長度收縮和時間膨脹效應(yīng)。因為相對論效應(yīng)是由相對運動引起的，當(dāng)車減速時，地面上的人會看到長度和時間逐漸恢復(fù)到正常。
愛因斯坦的狹義相對論已經(jīng)成為了一個多世紀(jì)的主流科學(xué)，其本質(zhì)上是洛倫茲變換，基本依據(jù)是光在任何參照系中都是保持相等的速度。雖然這看起來不直觀，但長度收縮和時間膨脹總是能保證不管我們在什么坐標(biāo)系中觀察光，結(jié)果所測出的光速都是一樣的。對于地面上的人來說，車前燈發(fā)出的光將會以c前進(jìn)。同時汽車本身以接近c的速度行駛，這將使得光線看起來很難從汽車上離開，而且相對于汽車來說幾乎是凝固的。
從物理上來說，地面上的人觀察到汽車坐標(biāo)系中的時間由于時間膨脹效應(yīng)而減慢太多，所以車燈發(fā)出的光看起來要花很長時間才離開汽車。這并不意味著光變慢了，光總是以c傳播，上述現(xiàn)象只是表示從地面上看來汽車在努力追上光。
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如果汽車恰好以真空中的光速行駛并打開它的前燈會發(fā)生什么？
靜質(zhì)量不為零的物體永遠(yuǎn)不能以真空中的光速運動。另一方面，靜質(zhì)量為零的物體會總是以真空中的光速運動，而不能以任何其他速度運動。使任何有靜質(zhì)量的物體達(dá)到光速需要無限的能量，因此是不可能的。車相對于地面越接近速度c行駛，它的時間進(jìn)度相對于地面就越慢，所以它發(fā)出的光看起來就越像被凍結(jié)在前燈里。
在現(xiàn)實生活中，一輛在地球表面行駛的車永遠(yuǎn)不會接近光速。強烈的空氣摩擦和正面的空氣壓力會使一輛汽車在達(dá)到光速之前就把它加熱并蒸發(fā)掉。NASA的“星塵號”彗星采樣返回艙是穿過地球大氣層速度最快的人造物體，其峰值速度為12400米/秒，這是真空中光速的0.004%，但是這個速度仍然產(chǎn)生了2600 ℃的峰值溫度。
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在接近真空的太空中，讓一艘宇宙飛船以接近光速的速度飛行會更加可行，但即使如此，稀疏的太空塵埃也會造成問題。因為相對速度很快，塵埃相對于飛船的動能將會變得極為巨大，它們有可能撞毀飛船。
