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?

冰剑夜琴


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!


星辰大海路上的种花家


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%。


火星一号


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。


科学黑洞


在同一速率世界,时间一致,比如我们现在所处的光速世界;当超越了光速,就进入了另外一个速率,也进入了另外一个时间体系。好比小孩在公园的蚂蚁窝撒泡尿,摧毁了蚂蚁辛苦几个月建起来的家,但对于蚂蚁的世界而言这几个月时间,它们已经历了好几代文明。当然我们和蚂蚁都处在同一速率世界,只是对时间的体验是不一致来说明时间的相对性。


时代的践行者


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%。


一枚游戏科幻迷


简单的说一下。假如我的寿命没多久了,而科技水平达得到,我将以光速飞向半人马座。那么在我有生之年能否到达?答案是能。早起人们也无法接受这个事实,比如:从太阳以光速飞过来的μ粒子,寿命极短但是人类却可以在地球上检测到。然而光速走过这段距离需要8分钟,远大于它的寿命。