航拍:狭义相对论视角下的“长生不老”

日期:2018-12-21编辑作者:航空航天

  【如果说有的话,那也只能是存在于《西游记》《封神演义》等神话小说中的神仙群体,是如孙悟空这样的形象。他们“长生不老”的原因似乎可以用“双生子佯谬”加以解释。】

  在狭义相对论中有“动钟变慢”的观点。根据这一观点,在处于任何一个惯性系中的观测者看来,相对于他运动的钟会变慢,而自己的钟却不会。对此也可以这么理解:一直处于惯性状态(静止或匀速直线运动状态)的钟,时间走得最快。

  这一观点提出后曾引发了长期争论。当时,法国物理学家郎之万曾提出了一个解释时间不同步的经典例子“双生子佯谬”,来供大家讨论。这个例子指出:一对双生子,如果哥哥坐飞船到宇宙中去航行,而弟弟一直留在地球上,那么当哥哥航行回来后,会发现自己比弟弟年轻,原因在于二人所经历的时间不同。因为地球可近似看作一个惯性系,弟弟一直生活在地球上,并保持惯性状态,而哥哥去航行,先要经历加速过程,返回时又要经历减速过程,因此并非一直处于惯性状态,所以哥哥的钟要比弟弟的钟走得慢。

  我们把这个例子作一下延伸:如果哥哥经历时间足够长的宇宙航行,使他的钟持续保持变慢的状态,那么在弟弟看来,哥哥的寿命会非常长;如果航行持续延长下去,按照极限的原理,弟弟眼里的哥哥会不会具有“长生不老”的色彩呢?

  人类早已进行过多次宇宙航行,但是在从外太空返回的宇航员身上,“双生子佯谬”的效应并不彰显;而且据常理推断,即使我们经常进行变速跑,也不会因时间流逝变慢而变得比别人更年轻,其原因何在呢?原来,要明显地体现出“双生子佯谬”效应,必须具备一些比较极端的条件。首先来说,旅行时间要足够长;其次,飞行的速度要非常接近光速。

  有科学家计算过,如果一艘飞船载着双生子中的哥哥去比邻星旅行,其“双生子佯谬”的效应如何。比邻星距离太阳系为4.22光年,科学家设想,如果飞船先以3g的加速度(即地面上重力加速度的3倍)加速,此时哥哥会感受到超重现象,假如他原来体重为80千克,此时会变为240千克。但这尚属人可以较长时间承受的加速度,如果再大,其身体则难以承受。

  以这样的加速度把飞船加速到接近光速的25万千米每秒后,关闭发动机,飞船作惯性飞行。快接近比邻星时,飞船反向加速,逐步使速度降到零。在比邻星附近的行星降落并进行探测后,飞船再以同样的方式先加速,再改做惯性飞行,然后再减速返回地球。计算表明,弟弟会认为飞船往返用了12年时间,而哥哥则觉得自己只飞行了7年。所以回到地球上的哥哥,会比弟弟年轻5岁。

  如果认为这一例子中的“双生子佯谬”效应还不够明显,则可以让飞船到银河系中心附近旅行一次。太阳系到银心的距离约为2.8万光年,飞船以2g的加速度加速,进行如到比邻星那样的飞行过程。经计算表明,哥哥觉得完成此次飞行用时40年。如果他20岁时开始航行,60岁时返回,感觉弟弟应该还健在。但是实质上弟弟早已去世,因为在地球上的人看来,飞船足足经历了6万年航行。由上述两个例子可以看出在极端条件下的“双生子佯谬”效应。

  让我们进一步想象,假如真的有这么一个群体:他们生活在外太空,具有接近光速的飞行速度;他们的身体承受力非常强,在启动飞行时能承受以数倍重力加速度进行加速;他们生活的地方之间距离遥远,要经常性地进行远距离的飞行,那么在地球人看来,在某种程度上他们是否已经具有了“长生不老”的特质呢?

  当然,在现实生活中,这样的群体是不可能存在的,如果说有的话,那也只能是存在于《西游记》《封神演义》等神话小说中的神仙群体,是如孙悟空这样的形象。他们“长生不老”的原因似乎可以用“双生子佯谬”加以解释。以孙悟空为例,按照小说描述,他的飞行本领非凡,一个筋斗就有十万八千里。一个筋斗须臾间就可完成,因此可以推断,其飞行速度当为数万公里每秒,相当于光速的几分之一;他曾经服食蟠桃和太上老君的金丹,在老君的八卦炉中历经七七四十九天锻炼而毫发无损,可以说是具备了金刚不坏之躯,因此承受数倍重力加速度当不在话下;他在天上受封为齐天大圣之后,“无事闲游,结交天上众星宿,不论高低,俱称朋友”。我国古代把天空分为若干区域,即三垣二十八宿。三垣指的是北极周围的紫薇垣、太微垣、天市垣;二十八宿指的是在黄道和白道附近的二十八个区域,即东方七宿、南方七宿、西方七宿、北方七宿。星宿的划分类似于现在的星座,孙悟空日日遨游于其间,应该是长时间进行加速运动和减速运动。

  由此看来,在他的身上“双生子佯谬”效应会非常彰显,无怪乎当他在天上居官半年左右后反出天庭时,花果山众猴对他居官时间的感受迥然不同:

  “四健将打扫安歇叩头礼拜毕。俱道:大圣在天这百十年,实受何职?大圣笑道:我记得才半年光景,怎么就说百十年话?健将道:在天一日,即在下方一年也。”

  曾有众多读者对取经团队跋山涉水,历经十四寒暑才辛辛苦苦取回真经有所不解,认为既然孙悟空一个筋斗云就有十万八千里,猪八戒、沙僧同为被贬的神仙,具有同样不凡的飞行本领,为何不携带唐僧飞往灵山,瞬息间取经而回呢?相信不唯是读者,以猪八戒好吃懒做的性格,在负荷沉重的行李时也不会无此遐想。

  关于这一问题,从书中的记载也可见端倪,比如说在途径流沙河时,孙悟空面对浊浪滔天、浩渺无际的河水悚然而惊,说到:“师父啊,真个是难,真个是难!这条河若论老孙去呵,只消把腰儿扭一扭,就过去了;若师父,诚千分难渡,万载难行。”其言下之意就是唐僧为肉体凡胎,不能承受飞行。用科学的观点来解释,当是不能承受数倍的重力加速度,因此取经团队难以取巧,猪八戒也只能任劳任怨地把沉重的行李挑到西天。

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