在三体最后程心乘光速飞船逃离地球时,去到287光年外的星球,为什么只用了52个小时?

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摘要

如题目中所说,如果程心乘坐的飞船行驶速度真的达到了光速的话,这个时间根本就可以忽略不计了,所以说啊,只要是速度足够快,那就是一瞬间的事。相对论描述了一种时间膨胀效应,那就是如果一个物体的速度能够足够快的话,那么对于它来说,它的时间会明显相对变慢。举个例子,一个宇航员在一艘以光速99%飞行的飞船里飞行了一年的时间(宇航

如题目中所说,如果程心乘坐的飞船行驶速度真的达到了光速的话,这个时间根本就可以忽略不计了,所以说啊,只要是速度足够快,那就是一瞬间的事。

相对论描述了一种时间膨胀效应,那就是如果一个物体的速度能够足够快的话,那么对于它来说,它的时间会明显相对变慢。举个例子,一个宇航员在一艘以光速99%飞行的飞船里飞行了一年的时间(宇航员手表的时间),那么对于地球上的人来说,实际上时间已经过去了7年之久,如果速度进一步接近光速的话,那么这个差距就会越来越明显。

这就是相对论的魅力所在,你或许很难想象为什么高速飞行的宇航员的时间会变慢,这样一来宇航员岂不是间接去到了未来?但是事实的确如此,人类把一个十分准确的原子钟放在人造地球卫星上高速运行,一段时间之后发现,原子钟的时间相对于地球来说的确是变慢了。所以如题目中所说的,小说中描述的这种现象,完全有可能发生而且是符合理论实际的。

但是这里要明白的一点就是这里的时间只是相对的时间,对于飞船上的宇航员,无论飞船飞行的速度有多快,宇航员感受到的时间的流逝是一样的,并不会因为他的速度很快他就会感觉时间过慢了,只是跟地球上的人相比,从某种意义上来说的确是变慢了。《三体》中程心乘坐光速飞船去到了287光年外的星球,的确可以做到只用52个小时,甚至是更短的时间,可能很多人用传统的距离除以速度等于飞行时间,这种算法对于地球上的人来说没有问题,因为地球上的时间的确是过去了287年,但是飞船上的时间没有过去这么久。

但是哪怕飞船的速度再快,也有一个极限,那就是无论如何也不能超过光速,因为一旦超过光速,时间就会倒流,而这是违背相对论的。理论上来说,只要是速度足够快,哪怕是一瞬间就到了287光年之外那也不是不可以,但是无论多快,还是需要时间的,如果飞船的速度真的等于光速了,那么飞船上的人就不会再有时间概念。

《三体》是一部十分优秀的科幻小说,小说中描述的很多现象都是非常经得住推敲的,就题目中描述的这种现象,只要是人类未来掌握了光速飞行技术,有能力将飞船的速度加速到足够接近光速的话,那么小说中的情节也是可以成为现实的。

这里就要涉及到爱因斯坦的狭义相对论了。我们平时所用的时间和空间,都是以地球参照系为准,但如果有个参照系相对于地球运动,这个参照系上的时间和空间将不同于地球参照系。不过,对于运动速度很慢的情况下,参照系之间的时间和空间的差别很小,可以忽略不计。但如果接近光速的情况下,就必须要考虑这种差异了。

在《三体》中,程心乘坐的星环号飞船使用曲率引擎可以达到接近光速的速度,但并没有达到光速,也无法达到光速。飞船飞到287光年外的星球,只用了52个小时,这里其实涉及到了两个参照系的参数,287光年的距离是从地球参照系的观测者看来,而52个小时是从飞船系的观测者看来,如果把两者结合在一起,似乎就出现了超光速现象,但这是没有意义的。事实上,只有地球系的时间要与地球系的空间进行比较才有意义,飞船系的时间要与飞船系的空间进行比较才有意义。

为了便于计算,这里忽略星环号飞船的加速和减速时间,并认为它是匀速运动。根据狭义相对论的尺缩效应,飞船系和地球系所测得飞船的飞行距离ΔL和Δl存在以下的关系:

其中v是星环号的飞行速度,c是光速。

从上式中可以看到,当飞船足够接近光速时,在地球系看来相隔287光年的距离,在飞船系看来这个距离很短,所以只要很短的时间就能飞完这段距离。

此外,根据狭义相对论的钟慢效应,飞船系和地球系所测得飞船的飞行时间ΔT和Δt存在以下的关系:

由于星环号的运动速度十分接近光速,所以在地球系看来,飞船飞行287光年的距离所需的时间大约为287年。但飞船系的时间只用52个小时,并且飞船系测得的飞行距离只有大约52光时。从这些参数中,可以大致推断出星环号的飞行速度约为光速的99.99999997864%。

在三体最后程心乘光速飞船逃离地球时,去到287光年外的星球,为什么只用了52个小时?

三体确实是一部伟大的作品,特别是相对论方面的普及,达到了非常高的层次,即使很多人无法明白为什么会如此,他们至少知道了了光速或者接近光速的飞船中的时间与地面时间流逝是不一致的。

这两者之间的关系,可以用一个公式来表示:

t为飞船时间,t'为地面时间,陈心去到287光年外的星球,只用了52小时,这是飞船系中真正尺缩效应后的距离,可以认为只有52光时的距离

其中L=52光时,L0=287光年,C为光速,那么V的计算就很简单了,代入计算有V=99.9999999786%,几乎可认为已经无限接近光速。

不过这个跟通行的曲速理论存在一些差异,当然对于这种仅存理论上的动力形式并不评价哪个更先进一些;以西方流行的曲速理论上看来曲速飞行时使用弯曲空间的能力将飞船包裹在一个空间泡泡里,在这个体系中移动的只是一个空间,而飞船在这个空间里是不动的,因此脱离了相对论的桎梏!这也是宇宙膨胀可以超过光速的原因,观测得到的结果是空间的膨胀似乎不受光速限制。

那么三体中的曲率飞行则并没有制造一个弯曲空间将飞船包裹在内,而是直接在飞船前后方压缩与扩张空间,让空间的弹性推动着飞船前进,因此飞船相对于空间仍然是移动的,结果就是飞船并没有逃脱相对论的桎梏,并且不能超过光速,只能无限接近光速的原因!

在《三体:死神永生》的后半部分,整个太阳系都面临着二维化的结局,而维德死后的星环集团与世界政府合作研制出了曲率驱动引擎,星环号由此成为了太阳系唯一一艘光速飞船,程心和艾AA驾驶它前往287光年外云天明赠送的那颗星球。

三体中的曲率驱动飞船是可以无限接近光速的,刘慈欣在创作的过程中显然也想到了有静止质量的飞船无法达到光速,因此程心驾驶的星环号用了52个小时才到达了287光年外,如果真的以光速飞行的话是不需要时间的。

三体作为一部优秀的硬科幻作品,它的故事情节背后都有科学理论在支撑,而程心52小时跨越287光年背后就是爱因斯坦的狭义相对论在起作用。

牛顿力学只适用于低速状态下的物体运动,当物体接近光速时是无法用牛顿力学来预测和描述的,狭义相对论就是瞄准牛顿力学的局限性而创建的理论,在狭义相对论中“速度越快时间越慢”,将程心52小时的时间与287光年的路程代入时间膨胀公式后就能得到她的速度。

计算表明曲率驱动引擎将星环号的速度提升到了光速的99.9999999786%,确实是实现了无限接近光速,这也说明只要达到光速的99.9999999786%,那么就能在52小时之内跨越287年的时间,实现通向未来的时间旅行。

做有趣的科普,猫先僧来撸一撸。

很高兴看到《三体》,更高兴看到问题里面没有超光速的假设。作者的水平很高,本猫就不讲太多废话啦。给吃瓜群众直接上一个硬菜公式大家品味品味。都是初中知识份子能看懂的展开式啦:

把程圣母飞船的实际速度带入上述公式中计算,就可以一目了然了吧。圣母的飞船号称光速飞船,用了令人目瞪口呆的曲率驱动,其实也只是很接近光速而已,好像到达了99.9999996%的光速。于是,飞船上的人时间将产生很严重的慢钟效应,按照书中是度过了52小时,而正常三维宇宙的世界度过了287年。程圣母就这样咻的一下,丢下地球人类,自个前往云天明送她的星星上风流快活去了。

扯淡的相对论就是这个解释的基础啦。你要问相对论的原理和本质“光速不变”,那是小爱的一个假设啦!为什么?谁知道啊!小爱就这么说了,然后把时间和空间弄得一塌糊涂!一百多年都不得规整,完全没有牛逼顿时代的经典严肃。可惜,天不遂人愿,大家这一百多年来,不断的想干掉小爱的假设,却越打越结实,小爱终于封神,程圣母也得以逃脱,唉~该死的没死啊!

《三体》里面,本猫最讨厌程圣母,没有之一!云天明怎么就会看上她呢,还好天明终究是和AA渡过了一生,也算是个美好的结局。

好了,心情都不太好了。打完收工。欢迎讨论。

如果一个飞船非常接近光速,那么其内部时间将会变慢,同时在其内部观察外部,会发现外部的空间被压扁了。

这就是著名的「尺缩钟慢」效应。

如果飞船的速度是v,那么在外面看,其所要花的时间确实会大于287年。然而在飞船内部,则大为不同。飞船内部的时间流逝速度,比地球上看到的要慢得多!

要把时间从287年缩减到52小时,飞船得飞多快呢?

简单的计算,可以得知,飞船的速度得是:

0.999999999772倍光速!

列如下方程:

便可解得其速度。

这个速度距离光速极为接近,在目前的理论下,很难想象一个飞船如何能达到这样的速度。因为在这样的速度下,飞船的质量已经是静止质量的五万倍了!要提供这五万倍质量所需的能量,简直是无法想象。

所以,除非有理论上的突破,(近)光速飞船是无法造出来的。不过小说本身可以不考虑技术的问题,而做纯粹的思想实验、思想游戏,其本身也是很有益处的。

这个具体的数据哪,大刘在写书前一定亲自计算过,在这里不赘述了。

这个问题大家一定很迷惑,按照我们平时生活中接触的各种运动,这种情况不可能发生。我们都是生活在低速世界的生物,牛顿的经典力学就可以解释低速世界的一切运动,对于看得见摸得着的这些我们都习惯和熟悉了。

但是当速度无限接近于光速,牛顿经典力学不再适应,这个时候要应用爱因斯坦的狭义相对论来理解。在这里说两个主要结论那就是时间膨胀和尺缩效应。在这里时间和空间不是绝对的了,它根据参考系的不同会出现不同的值。当飞船速度无限接近光速,会发生严重的时间膨胀和尺缩。程心确实用了52个小时,飞了52光时;地球上的人来看,程心用了287年。

在这里程心的52(小时)=地球人(287年),通俗的理解就是程心如果地球人能看到她的话,像被放了慢动作一样,一个眨眼的动作可能花费她在于我们看来十年的时间。

关于狭义相对论此处划重点。
有兴趣的可以来研究研究。

光或是任何以光速运动的物体(如果可以达到的话),它所到达任何地方的时间都是0。

这个结论是否会很吃惊?1光年不是光需要走1年么?解释一下吧:

考虑这样一个问题:假如A、B两点之间的距离为1光年,光从A点到B点需要多久呢?

需要把光子本身和观察者作为两个对象来考虑:

这个1光年的距离当然是我们人类作为静止观察者得出的结论。

对于光子来说,它的速度为c=30万千米每秒,一光年的距离对于速度为c的物体来说,长度是多少呢?

L0就是1光年,V等于c,所以L=0!

所以光子通过1光年的距离,或者说任何距离都不要时间。

287光年的距离,52小时到达

287光年的距离,52小时到达

在飞船看来,只有

大约是52光时罢了。

可以反推出速度大约为v=99.999999979%c,比光速低了不到百亿分之三!

可以说很厉害了!

但是,按照前面的计算,如果把这个差距再降低10个数量级的话(在多10个9),程心只需要2秒钟就到了!当然这个能量可能能把银河系毁灭了!

码字不易,若能关注,十分感谢!

物体间相对运动的速度大小,会直接影响物体本身时间流逝的快慢,比如太空站上的原子钟就比地面上的时间要慢一点,所以为了保证航天器飞行的精确度,需要不断的与地面上的时间进行矫正,这就是狭义相对论的时间膨胀理论。再举个例子,经常做飞机的人的实际寿命会比别的人要“长”,只是差距太过微小,生活中不可能感觉得到。假设飞机的速度足够快,在飞机上和在地面上的时间差距就会变得明显,下飞机后你的手表的时间会明显变慢。

另外一个可以改变时间流逝速度的因素是引力,巨大的引力会扭曲空间,同样会导致时间的膨胀效应,举例来说,坐在金字塔边上的人和坐在空旷无一物的地方时间的流速也是不一样的,只不过变化太过微小,我们无法感觉到。这就是为什么星际穿越中人类飞船穿梭时空来到米勒星球,因为米勒星球离质量超大的黑洞太近,黑洞将时空扭曲,导致宇航员在飞船中的一小时相当于地球的7年,所以宇航员分秒必争的尽快完成任务后返回,否则晚几个小时就见不到地球上的亲人了。

题主说三体中的程心乘光速飞船的说法是不对的,宇宙中任何有质量的物体的速度都不可能达到光速的,但是可以无限接近光速。飞行速度越接近光速,时间就会变得更慢,这是从观察者的角度而言。比如说飞船的速度达到99%的光速,在飞船中的一年,相当于地球观察者的7年。根据相对论公式计算,程心乘坐的飞船已经达到了光速的99.99999997864%。随着飞船更进一步接近光速,这中间的差距会进一步加大。假设如果飞船速度真正达到了光速,在地球上观察,飞船的时间流动停止了,或者说时间变得无限长,去到那里都会是一瞬间的事,这时飞船中的宇航员在地球人看来永远不会死,呈静止状直至永远,但这并不代表飞船内的人的状态,对于他们仍然是正常的状态,该吃吃,该喝喝,啥都不耽误。

那么是不是就可以说如果速度超过光速,时间就会倒流呢,从现在的相对论理论的框架下,这是不可能的,是和相对论相矛盾的,因为速度不可能达到或超过光速。不过未来也不排除新的理论体系出现来替代今天的理论,到那时如果人类掌握了回到过去的方法,世界又会变成什么样子呢?

平常我们走在路上要到达另一个地点,比方说超市,如果你与超市的距离是2公里,你以平常步行的速度去超市买东西吃,拿路程除以速度很容易就得到了所需的时间。

但这样的公式是用在低速运动中的物体,对于高速或者极高速状态下的物体,我们改用相对论中提到的公式。所以,这就造成了很大部分人不了解具体的情况。

在相对论中,时间与空间都不是绝对的,而是相对的,这取决于参考系的选择。

钟慢效应(时间膨胀效应)是指高速运动下的飞船时间变慢,越接近光速,时间变得就越慢;

尺缩效应是指,就连空间长度也是会变化的,飞船运行的速度越快,那么飞船实际飞行的距离就越短。

从这两个方面都可以说明为什么程心在驾驶接近光速的飞船飞行到287光年外只用了52个小时。

从时间膨胀效应上来看,她驾驶的飞船是无限接近光速的飞船,那么飞船系的时间就会变得很慢,这样原本以为需要287年以上的时间,却只用了52个小时。

从尺缩效应上来看,她驾驶的飞船无限接近光速,那么对于飞船系来讲,星环号飞行的实际距离要比原先的287光年短得多的多,似乎是将起点与终点拉得更近了些。

不过就程心的星环号飞船来讲,星环号的速度还不是太快,如果可以达到光速的99.99999999999%的话,那么星环号用的时间就不是原本的52个小时了,只需要1.116个小时而已。而星环号的飞行速度大约是光速的99.99999997864%。

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