当光速减慢时会发生什么?

js 原创
2022-03-02 电脑百科网

北京时刻 3 月 1 日音讯,据国外媒体报道,光是宇宙中移动最快的事物,假如光传达的速度变得很慢,会产生什么呢?

在真空中,光速大约是每秒 30 万公里,假如光速减慢几个数量级的话,人类就会马上注意到。

在瑞士苏黎世联邦理工学院开发的电脑游戏中,人们有时机体验这种假想场景。在游戏中,你能够看到由光速变慢导致的奇特的色彩和亮度改动,乃至对物体长度的感知也产生了改动。

缓慢的人类速度

即使人类所能达到的最快速度,与光速相比也微乎其微。人类游览的最快速度大约是光速的 0.0037%,并且你需求乘坐某种太空飞行器才干达到这样的速度。

物理学家通过思想实验现已能够确认,当人类能以挨近光速的速度游览时,将会产生一些很不寻常的事情。爱因斯坦的狭义相对论解释了速度如何影响质量、时刻和空间,根据该理论,当咱们游览的速度挨近光速时,时刻会变慢;咱们飞掠过物体时,测量到的物体长度会变短;此外,咱们还能够看到光的多普勒效应以及其他改动。

假如光速减慢,而不是人类的速度加快,相同的改动也会产生。在这两种状况下,咱们的运动速度都更挨近光速。

更慢的光速

当光速足够慢 —— 以至于狭义相对论在日常生活中变得很明显 —— 的时候,世界将会是什么样子?在现实中,光速并不会像游戏中那样减慢。真空中的光速是不变的,对一切观察者而言都是如此。不过,光速的确会由于其穿过的材料不同而改动,但这并不会改动狭义相对论的影响,咱们对这些影响的感知也不会改动。

假如能亲眼目睹狭义相对论对光速减慢的影响,咱们就会注意到色彩、时刻、间隔和亮度的改动。

色彩改动

当人的运动速度挨近光速时,就能够感知到相对论多普勒效应。向光源移动时,光的色彩会向光谱的蓝色和紫色端移动;远离光源时,其色彩会向光谱的红端移动

当人的运动速度挨近光速时,就能够感知到相对论多普勒效应。向光源移动时,光的色彩会向光谱的蓝色和紫色端移动;远离光源时,其色彩会向光谱的红端移动

当人类的运动速度挨近光速时,就会感知到所谓的相对论多普勒效应。要理解这一点,请记住,光既是粒子又是波。波以波长作为其特征,即波峰之间的间隔,这决定了它的色彩和频率 —— 在给守时刻内有多少波峰经过。

在多普勒效应中,当你挨近一个声源时,会发现声响的频率(音调)好像会随着波峰越来越快地抵达耳朵而变得更高。相似地,当你向着一个光源移动时,光的波长好像也会变短,让人感觉到色彩的改动,在光谱上体现为向蓝色和紫色移动,称为蓝移;假如光源远离咱们而去,它的色彩就会向光谱的红端移动,即红移。总之,朝向你的物体看起来更蓝,而远离你的物体看起来更红。

改动时刻和间隔

也许狭义相对论最著名的效应之一,就是当一个人以挨近光速运动时,时刻会变慢。换句话说,挨近光速运动的人衰老得更慢。这种效应称为时刻胀大。

严格来说,你经历的正是时刻胀大;但假如没有什么相比较的东西,它就没有任何意义。狭义相对论的另一个效应是,以挨近光速运动的物体 —— 或许当你以挨近光速从静止物体附近掠过期 —— 的长度会缩短。这就是所谓的长度收缩。不过,这种效应是很复杂的,根据一个静态观察者的测量,以挨近光速的速度运动的物体或许会经历长度收缩,即变得更短,但在那个人的眼里,它们实践上会由于狭义相对论的另一个效应 —— 运行时效应(runtime effect)—— 而显得更长。

例如,当一辆自行车朝你驶来时,从自行车前端宣布的光抵达你眼睛的间隔要短于自行车后端宣布的光,因而你看到的自行车前端归于更近的时刻,而自行车后端归于更远的曩昔,这使得自行车看起来更长。有时,这一效应还会使物体看起来有些歪曲。换句话说,假如光速比现在慢得多,那么在静态观察者看来,挨近光速的物体或许显得更长或歪曲。

亮度改动

当你在雨中行走时,你或许会注意到你前面的身体比反面更湿。这是由于在雨中行走时,你会撞上比静止不动时更多的雨滴,正是前面的身体维护了你的反面淋不到更多的雨滴。科特梅尔指出,当你以挨近光速的速度移动时,也会产生相似的状况。

这是由于光有时体现得像一大群粒子,即光子,它们就像小水滴相同。当你朝着一个物体移动时,它看起来会比你站着不动时更亮,这是由于你正在走进它的光子中。这种效应被称为“探照灯效应”。

汤普金斯先生身历奇境

1939 年,物理学家乔治・伽莫夫出版了一本图画书,名为《汤普金斯先生身历奇境》(Mr。Tompkins In Wonderland),书中主角骑着自行车,以减慢的光速穿过一座城市,从而体验了相对论效应,爱因斯坦“真的很喜欢这本小册子”。

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