书城科普小学生最想知道的100个为什么:科学的秘密
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第30章 当一个物体到达光速时,会发生什么事情?

我们也可以想象一下太阳的漫游。就在你阅读这本书的时候,太阳、地球还有太阳系的其他八大行星都如同旋转木马一样,围绕着银河快速疾驰,它们的速度是每秒155英里,也就是说每小时588,000英里。(而你却完全感觉不到!)但是,即使这样惊人的速度,仍然不及光速的百分之一。

不过,当一般的物体加速时,会发生很奇怪的现象。当一个物体接近光速运行时,外面的旁观者会发现,它的长度和质量都有所改变。就连时间都开始变化了。

一架以每秒167,400英里(大概是光速的90%)飞行的宇宙飞船,它的长度将缩小到原有的一半。它会随着速度的提升越缩越小,当达到光速时,飞船看上去是没有长度的。

在内部的宇航员眼中,飞船和他们自己都是没有任何变化的。但是透过飞船的前窗向外瞧,他们就会看到前方的景象都被压扁了。

在90%的光速下,同样的飞船(里面的人也是同样的)的质量也会大大增加,达到以前的三倍多重。而飞船内部的人依然感觉不到任何变化。随着速度逐渐增加至光速,质量也会变得无比巨大。(科学家知道这种效应是真实的,因为当他们使用加速器将基本粒子的速度不断提高时,粒子的质量也随之增大了。)

最后,同样的怪现象也发生在时间上面。如果能用某种方式观察飞船内的钟表的话,外面的旁观者会看到表在渐渐变慢。而对飞船内部的人来说,时间的经过和平常没什么两样。达到光速时,外面的人会发现,飞船上的表已经完全静止不动了。

时间=距离=时空

我们说时间和距离是可以相互替换的。但是,把已经过去的那些分钟,那些天和那些年跟距离联系在一起,好像是个奇怪的想法。不过,一天就是一段距离:24,894英里,是地球的周长,也就是它在24个小时里所转动的距离。一年则是地球围绕太阳转一圈的距离。

对空间的观察是时间的倒退。光是最快的邮递员,但要想追上我们的脚步,也需要一些时间。所以我们现在抬头看到的太阳其实是8分钟前的那个,离我们最近的星星是4年前的,而最远的那些则是亿万年以前的了。

万有引力能使空间弯曲成碗状,并围绕团形物质运行,它对时间也有同样的作用。万有引力让时间变慢:引力场越强,时间过得就越慢。在地球的表面,时间也会有一点点变慢,一个放在遥远的空旷太空中的钟表,会比接近地球的那个要走得快一些。(不过,这都是相对而言的。对两个钟表附近的观察者来说,并不会感到时间变慢或是变快。)同样道理,相同年纪的两个人,如果被放到两个不同的引力场中,时间也会变得不同步。当他们再重聚时,会发现两个人已经不同岁了。

黑洞周围的空间被它弯曲很厉害,以至于看上去像是一个无底洞。它附近的时间过得非常慢,能使一个运动的物体接近光速。而当物体落入黑洞时,时间停止了——黑洞让物体的运动速度达到了光速。

因为宇宙的这种作用,相对论把空间和时间看作是一种东西:时空。