曾薇开口提问道:“我小时候一直有个疑问,如果有一个人,他坐在光速飞船里面,围绕地球飞,从窗子里面看,是不是看见一团光,其他什么都看不见?还是看见漆黑一片?”
“这是一个好问题!”张启回答问题是一丝不苟,只听他向曾薇解释说道:“根据爱因斯坦的相对论,有质量的物体无法达到光速。但假设在这个思想实验中,人能坐在所谓的‘光速飞船’里,从飞船的窗子往外看,可能既不是看见一团光,也不是看见漆黑一片。”
“那会看见什么呢?”曾薇也很好奇。
张启继续解答道:“是这样的,当物体以接近光速运动时,会出现相对论效应,比如时间膨胀和长度收缩。从飞船内往外看,由于光速飞船与外界的相对速度极高,光的传播和物体的显现方式都会发生极大的变化。
可能的情况是,外界的景象会被极度扭曲和压缩,无法像在常规速度下那样清晰和正常地被观察到。而且由于光速飞船的高速运动,光线的传播和接收也会变得异常复杂,可能看到的是一种难以描述和理解的混乱景象。
然而,我需要再次强调,这只是基于假设和理论推测的思想实验,在现实的物理世界中,有质量的物体是无法达到光速的。”
曾薇眨巴了一下眼睛,“什么叫做‘可能看到的是一种难以描述和理解的混乱景象。’我不明白,张启,你解释一下嘛。”
张启点了点头,详细的解释道:“让我们来想象一下这个情况哦。假设你坐在一辆超级快超级快的车上,快得像光一样。当车开得这么快的时候,外面的东西就好像被施了魔法一样变了样子。
比如说,你看到的房子可能不再是方方正正的,而是变得长长的、扁扁的,就像被拉长或者压扁的橡皮泥。
而且呢,因为车跑得太快了,光要追上你都很困难。就好像你跑得很快很快去接别人扔给你的球,球都来不及到你手里。所以外面的光也很难正常地进到你的眼睛里,你看到的东西就会乱乱的,可能一会儿有这个,一会儿有那个,根本分不清是什么,就像一幅乱七八糟的画,很难看清楚。
在我们假设的光速飞船里也是这样,外面的景象会变得很奇怪很混乱,让你根本不知道看到的是什么。”
“这可真是太奇妙啦!”
曾薇又继续提问道:“人类眼睛进入光线,才能看见外面景色。如果飞船是光速飞行,光线还能追上飞船,和进入人类眼睛里面吗?如果进不了,这个人不是什么都看不见?”
张启微微一笑,道:我们来这样想哦。如果飞船以光速飞行,光线要追上飞船就会变得很特别。比如说,你在跑步,后面有人要把东西扔给你,但是你跑得和扔东西的速度一样快,那东西就很难扔到你手里啦。光线也是这样,当飞船达到光速时,正常从前面来的光线就很难进入你的眼睛。
但是从旁边或者后面来的光线可能会以很奇怪的方式进入你的眼睛,这会让你看到的东西变得超级奇怪。可能会看到物体的形状都变了,颜色也怪怪的,一会儿有这个一会儿有那个,就像把很多不同的拼图混在一起,根本分不清是什么。
或者也有可能,因为光线的变化太复杂了,你的眼睛根本没办法处理这么混乱的信息,就好像你的小脑袋一下子装了太多东西,处理不过来了,然后就好像什么都看不见,或者看到的只是一片模糊和混乱。”
一旁的陶黎纳插嘴道:“你的解释是正确的,符合相对论的解释。”
曾薇又想了想,问道:“如果超光速,这个人会发现什么?”
“小薇”,张启向她说道:“目前的科学理论认为,有质量的物体是不能超光速的哦。但是如果我们只是做个想象中的假设,假如能超光速,那可能会出现很多非常神奇和难以理解的情况。
比如,你可能会看到过去发生的事情,就像能倒着看一部已经演完的电影。但这只是想象啦,在现实的科学里,超光速是不符合我们现在知道的物理规律的。
这其实,是基于一种科学的推理和假设。我们知道,我们能看到东西是因为光传到了我们的眼睛里。比如说,太阳发出的光要8分钟左右才能到达地球,所以我们看到的太阳是8分钟前的太阳。
如果我们能超光速运动,并且朝着光源的方向去,就有可能追上之前已经发出的光。这些光带着过去的信息,当我们追上并接收到它们的时候,就好像看到了过去发生的事情。理论上,我们看见秦始皇登基的场面!
但这只是一个理论上的推测,目前还没有实际的证据能证明这一定会发生,因为超光速本身在现有的科学理论中是不被允许的。这也是科学的有趣之处,我们可以有各种想象和推测,但还需要更多的研究和实验来验证。”
陶黎纳突然开口道:“虽然我是学习医学的,不过我对物理学也很感兴趣。我一直在思考,突破音速会有音爆,那么突破光速呢,会发生什么异常?我想请张启你做一个思维实验。”
张启回答道:“如果真的能突破光速,那可一定会发生非常奇特和难以想象的现象。
首先,时间可能会变得非常混乱。就像我们平时看的动画片,播放的顺序都乱了。因为根据爱因斯坦的相对论,速度和时间是有关系的,当速度接近光速时,时间会变慢,如果突破了光速,时间也许会倒流或者出现一些我们完全无法理解的变化。
其次,周围的空间可能会被极度扭曲。就好像我们玩的气球,被用力地拉扯变形了。物体的形状、大小和位置可能都不再是我们平常所熟悉的样子。
而且,能量和质量的关系也会变得超级奇怪。可能会出现一些我们现在根本想象不到的能量形式和物质状态。
不过呢,这些都只是我们的想象和推测哦,因为根据现在的科学知识,有质量的物体是不可能突破光速的。”
陶黎纳又追问道:“看见发生异变的,是看飞船外面的东西吧?飞船里面的东西,是看不见有什么异常的吧?比如飞船里面一个茶杯,你坐在它面前,看这只茶杯,会发现它什么变化都没有吧,而这时已经突破了光速。因为人与飞船是一个相对静止的状态,参照系一样。”
张启哈哈一笑,道:“陶哥,你的思考很有趣呢!在这个假设的情景中,如果飞船突破了光速,从理论上来说,飞船内部相对静止的物体,比如你面前的茶杯,在你的观察中可能看起来没有直接的异常变化。
这是因为你和茶杯都在飞船内部,相对于彼此是静止的,遵循着相同的运动状态和参照系。
但要,这只是一个假设的思维实验,在我们目前所了解的科学框架中,有质量的物体是无法突破光速的。在假设突破光速的这个思维实验中,你关于飞船内部相对静止的物体看起来可能没有异常的想法,从逻辑推理的角度是有一定道理的。
不过需要注意的是,目前的科学理论明确表明有质量的物体不能达到或超过光速,所以我们的这些思考更多是在假设和想象的基础上进行的逻辑推测,不一定完全符合真实的物理世界。”
曾薇又开口道:“我曾经在网络上看过一些视频,如果一根针被加速到光速,会不会摧毁地球呢?假设这根针不会因为速度而自我分解。”
针对这个提问,张启回答道:“小薇,这是个很有趣的思维实验。如果一根针被加速到光速,它所具有的能量将是极其巨大的。根据爱因斯坦的质能方程E=mc2(其中 E 表示能量,m表示物体的质量,c表示光速),即使针的质量很小,但当速度达到光速时,其能量也会变得几乎无穷大。
当这根针与地球相互作用时,释放出的巨大能量可能会引发极其严重的后果,比如引发巨大的爆炸、产生超强的冲击波、导致地球内部结构的剧烈变化等等,很有可能会对地球造成毁灭性的破坏。”
他说到这里,突然想起了自己的绝招“炎帝圣火针”……
陶黎纳又追问道:“会不会这根光速的针瞬间就穿透整个地球,然后飞走了,没有来得及对地球施加破坏?”
张启道:“陶哥,在这个思维实验中,即使针以光速瞬间穿过地球,它也会对地球造成极大的破坏。
当针以光速运动时,它具有的能量是极其巨大的。虽然它可能瞬间穿过地球,但在穿过的过程中,与地球物质的相互作用会释放出难以想象的能量。
这种能量的释放可能会引发强烈的爆炸、高温、冲击波等,足以导致地球内部结构的严重破坏,引发地震、火山喷发、大气异常等一系列灾难,很可能使地球不再适合生命生存。
但就像我们之前说的,这只是一个假设的想象,因为根据目前的科学理论,有质量的物体是无法达到光速的。”
曾薇又接着提问:“如果这根针达到光速,是不是它的能量无穷大。那么 仅仅一根针也可以毁灭整个宇宙吧?因为宇宙也不可能是能量无穷大的。”
“不会!”张启斩钉截铁的回答道:“在假设这根针达到光速的情况下,根据质能方程 E=mc2,它的能量确实会无穷大。