如果未來的某一天，地球即將毀滅，所有的人都需要移居到其他星球才可以繼續(xù)生存。很幸運(yùn)，人類已經(jīng)發(fā)行了一顆和地球很像的移居星球，不過它在距離地球100光年的地方。人類也建造出來了一艘大型飛船可以進(jìn)行宇宙航行，不過上面的能源很少，即使讓所有人都休眠也只夠使用50年?？墒悄且活w星球卻距離地球100光年，光年是一個(gè)距離單位，代表著光跑1年的距離。這就是說，光從地球到那顆星球都需要100年，飛船速度再快又怎么能夠快過光線呢？會不會還沒有到達(dá)那里就因?yàn)槟茉床蛔愣∧兀?/p>
你已經(jīng)聽了這么久的相對論知識了，所以肯定是不會擔(dān)心這個(gè)問題的。因?yàn)槟阒?，只要速度夠快，時(shí)間就會變慢的，所以只要飛船快到一定程度，那么就可以不用50年就能到達(dá)那里。你還知道越接近光速，那么時(shí)間就越慢，如果能達(dá)到光速的話那么就相當(dāng)于時(shí)間靜止了。不只這些，你更知道飛船是永遠(yuǎn)不會達(dá)到光速的，只能無限接近，因?yàn)槿魏斡徐o止時(shí)有質(zhì)量的東西都不會達(dá)到光速。速度越快的質(zhì)量越大，真的達(dá)到光速的話，那質(zhì)量就會達(dá)到無窮大了，而這是不可能的。
這些道理你是都懂的，可是你想過沒有，如果你坐在飛船上離開地球飛往100光年的另一顆星球，本來最少最少也需要100年的時(shí)間，結(jié)果根據(jù)相對論的解釋不到50年就會到達(dá)。這代表著什么？100年到達(dá)是光的速度，那就代表著任何不到100年就能到達(dá)的速度，那一定是超過光速的。不到50年就可以到達(dá)，是不是就代表飛船要超過光速才可以呢？
如果你也是這么想的話，那么你其實(shí)是被我的一句話誤導(dǎo)了。這句話就是100年達(dá)到那顆星球，是光的速度，而不到100年到達(dá)那顆星球就超過光速。你發(fā)現(xiàn)這句話的問題了嗎？或許沒有發(fā)現(xiàn)，你覺得這句話完全沒有問題。就比如說，進(jìn)行100米的賽跑，的確是用的時(shí)間越少，那么跑的速度就越快。乘坐飛船到達(dá)遙遠(yuǎn)的星球也一樣啊，起點(diǎn)是地球，終點(diǎn)是100光年外的外星球，50年到達(dá)肯定是要比100年到達(dá)肯定會更快的，不是嗎？
還真不是。因?yàn)樯厦嫠械囊磺?，都有一個(gè)前提，就是距離是不變的，起點(diǎn)和終點(diǎn)不會因?yàn)樗俣鹊母淖兌淖?。而?shí)際上，距離會和時(shí)間一樣因?yàn)樗俣茸兛於兊迷絹碓蕉獭?/p>
其實(shí)不知這樣，我們再來理一下這個(gè)問題。光100年之后可以從地球到底那顆星球，這個(gè)100年是對于誰來說的呢？是對于地球上觀察的人來說的。而對于飛過去的光來說，它會感覺到一瞬間就到了目的地，沒有花一點(diǎn)時(shí)間。因?yàn)樵浇咏馑伲瑫r(shí)間越慢，如果速度等于光速的話那么就相當(dāng)于時(shí)間就靜止了。
而我們說的飛船會用少于50年的時(shí)間飛到目的地，這里說的其實(shí)是對于飛船上的人來說是少于50年的，如果還是從地球上看過去，這個(gè)飛船飛到目的地的時(shí)間一定是超過100年的。而且還會看到，這個(gè)飛船上所有人的所有動作都會因?yàn)闀r(shí)間變慢而變成了慢動作。
這個(gè)問題解決了，從地球上看飛船并沒有超過光速?？墒侨绻麖娘w船上去看呢？它的確花了不到50年的時(shí)間，走過了100光年的距離啊。我們可以這樣來想想看，你乘坐宇宙飛船快速飛向目的地星球。因?yàn)槟闶呛惋w船一起運(yùn)動的，所以你是不會感覺到快速移動的，不過運(yùn)動都是相對的，就像是在火車上一樣，你會看到窗外的景象飛速向后移動。所以，在飛船上你會看到目的地星球快速朝著宇宙飛船進(jìn)行移動，不到50年就會移動到飛船身邊。目的星球不用50年就移動到了飛船邊，它們本來是相距了100光年的，這豈不是說這顆星球移動的速度會超過光速嗎？這個(gè)問題如何解決呢？
答案很簡單，速度、時(shí)間和移動距離是一組相關(guān)物理量，這個(gè)我們已經(jīng)很熟悉了。這3個(gè)物理量里面，其中2個(gè)我們是現(xiàn)在是清楚的。時(shí)間是不到50年，根據(jù)相對論速度是不可能超過光速，所以現(xiàn)在只有距離是沒有限制的。于是唯一可能的答案就是，隨時(shí)速度的增加，不只是時(shí)間變慢了，距離也變短了。如果不是這樣的話，那就是相對論錯了。
這就是相對論另一個(gè)結(jié)論了，同樣顛覆了我們的常識。我們認(rèn)為長度是不會改變的，現(xiàn)在看來并不是這樣了，它會改變，而且和時(shí)間一樣，也是隨著速度而進(jìn)行變化。在速度運(yùn)行的方向上，速度越快，長度越短。比如說， 在一個(gè)以0. 99倍光速相對于地球航行的飛船上，100光年的距離會縮短成14光年。如過是0. 9999倍光速航行，那么100光年就會縮短到只剩1光年。 如果宇宙飛船再快，已經(jīng)可以逼近光速了， 比如0. 999999999倍光速， 那么100 光年的距離只要在兩天之內(nèi)就可以完成了。
聽到這個(gè)數(shù)字，會不會覺得星際旅行還是非常有希望的，幾百光年只要速度夠快，也就是幾天的時(shí)間，和在地球上長途旅行差不多。如果真是這么想的的話，那就太簡單了，關(guān)鍵問題是如何把飛船加速到0.999999999倍光速呢？不要忘記了，速度越快質(zhì)量就會越大，那就代表著，需要的燃料和能量就越多。如果真要把飛船加速到0.999999999倍光速，那么質(zhì)量是要增加20000多倍的。想把這么重的東西加速，那是非常非常耗費(fèi)能量的。而且加速所需要的燃料也需要放飛船上，它們也是有質(zhì)量的，所以最后反而讓加速更加困難了。大家想想看，為什么火箭會一邊飛一邊解體呢？就是把多余的質(zhì)量扔掉，可以更容易加速。
所以，想和在地球上旅行一樣在星際之間旅行理論上是可以的，但是實(shí)現(xiàn)起來卻非常困難。
速度快，可以讓長度變短，這一點(diǎn)我們應(yīng)該是可以接受了。不過這就完了嗎？我一直舉得一個(gè)例子就是，科學(xué)理論就像是一個(gè)魔方，我們讓距離可以變短來適應(yīng)了相對論，算是拼出來魔方的一面，但是拼出這一面的同時(shí)，會不會又再次把其他面給破壞了呢？
在回答這個(gè)問題之前，我們先要知道這樣一個(gè)現(xiàn)象。剛才我們想象的星際旅行，是假設(shè)你在飛船上和飛船一起運(yùn)動，你會看到在你航行路線上的距離都變短的，因?yàn)樗鼈兿鄬τ谀銇碚f是運(yùn)動的。而對于地球上來的人來說，飛船是在運(yùn)動的，所以在它們看了是飛船會在速度的方向上變短了，就像是被壓縮了一樣。
好，明白了這個(gè)道理。那么可以來想象一下這樣的一個(gè)情況。有一列未來的火車，速度很快，可以用0.99倍的光速向前行駛。前面有一個(gè)隧道，這個(gè)隧道并不長，只有火車靜止時(shí)的一半的長度。也就是說如果火車正好停車在隧道里面的話，這個(gè)隧道是裝不下火車的，會前面露出來一點(diǎn)，后面露出來一點(diǎn)?？墒撬\(yùn)動起來就不一樣了，我們知道速度越快長度是會變短的，火車以0.99倍光速運(yùn)行，那么在地面上看來，火車將會只有不到原來的五分之一長，那么是可以輕輕松松裝進(jìn)隧道里面的。
我想大家一定不會覺得這一點(diǎn)有問題。不過，接下來問題就來了。速度是相對的，對于地面上的人，或者說對于隧道來說，火車是運(yùn)動的，但是反過來我們也可以說隧道對于火車上面的人來說是運(yùn)動的啊。所以，火車上的人會看到隧道以0.99倍的光速向自己運(yùn)行過來。問題出現(xiàn)了，隧道是運(yùn)動的，那么隧道的長度就會變短，本來它只有火車靜止時(shí)長度的一半，現(xiàn)在更短了，更不可能把火車裝在隧道里了。這樣，就出現(xiàn)了一個(gè)大問題，有矛盾了，同樣的火車，同樣的隧道，在地面上去看，和在火車上去看會是完全兩種情況，一個(gè)是火車裝不進(jìn)隧道，一個(gè)是可以裝進(jìn)隧道，到底哪個(gè)是對的呢？出現(xiàn)這樣的矛盾，是不是說相對論出現(xiàn)了問題呢？大家可以思考一下，我們下一次來解決這問題。
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