如果光速变慢很多，会发生什么？

2024-07-22 11:37 由大科技杂志社发表于 #社会

光速难以接近

光速很快，大约每秒30万千米，是目前人类已知的最快速度。如果以光速运动，你可以用1秒钟多一点的时间到月亮上摸一把，也可以在眨眼之间环游地球。但这是不可能实现的，因为物理学定律告诉我们——除了光，没有任何物体的速度能够达到光速。

实际上，人类想要获得接近光速的速度也是不太可能的。仅仅1%的光速——大约每小时1000万千米，就要比商用飞机快1万多倍。最快的飞机——美国宇航局研制的X系列超音速飞机，其时速可以达到每小时1万千米，这样的高速度令人瞩目，但也只有光速的0.001%。目前，速度最快的人造物体是美国宇航局制造的帕克太阳探测器，2018年从地球发射升空后，它掠过太阳灼热的大气层，在太阳引力的帮助下达到了53.5万千米的时速——但仍然只有光速的0.05%。

为什么人类连1%的光速都很难达到?简而言之，是因为能量的限制。物体会因为运动而具有相应的能量，这就是物理学中的动能。为了让速度更快，你需要增加动能，速度提升两倍就需要4倍的能量，速度提升3倍则需要9倍的能量。以此类推。要让一个体重50千克的成年人达到光速的1%，就需要给他提供200万亿焦耳的能量——相当于200万美国人一天的用电量。科学家还无法设计出如此高能高效的飞行燃料以及相应的动力引擎。

色彩斑斓的世界

虽然我们难以提升速度，但可以假设光速变慢很多——两者产生的效果相同，都将使速度接近光速。那么，接下来会发生什么呢?

在物理学中，爱因斯坦的狭义相对论解释了速度怎样影响时空。所以，当速度接近光速时，我们可以立刻目睹到狭义相对论的有趣效应。

首先，物体颜色会发生变化。当人类的速度接近光速时，我们看到的物体的颜色不再是一成不变的，它的变化取决于我们相对于物体的运动方向。

我们知道，光是一种波，光的波长(也就是波峰与波峰之间的距离)决定了光的颜色和频率。根据多普勒效应，当我们朝着波源运动时，波峰会更快地向我们靠近，使我们接收到的波长变短，反之，当我们背离波源运动时，接收到的波长会变长。所以，当我们以接近光速的速度靠近物体时，会看到它的颜色变蓝变紫，远离物体时，会看到它的颜色变红。

其次，视野的亮度也会发生变化。下雨时我们常常会有这样的经验——身体的前方会比背后淋得更湿，这是因为我们走进雨中，身体的前半部分会承受更多的雨滴，而落到身体后半部分的雨滴要比静止不动时少。在物理学中，光不仅是波，也是粒子，世界中的光子，就像一滴滴的光雨。所以，当我们以接近光速的速度前行时，会有更多的光子进入眼睛，结果视野就更加明亮了，但回头看一眼，我们又会发现一切都变暗了。

长寿的旅行者

物理学中，光速是一个恒定不变的常量，但时间和空间并不是常量，时间可以变缓，空间可以扭曲——这仍然是狭义相对论带来的效应。

打个比方，准备两个对齐时间的钟表，一个放在地球上，另一个由我们携带，随我们以接近光速的速度运动。那么过一段时间后，这两个钟表经过的时间就会出现差异，由我们携带的钟表的时间过得慢，这就是狭义相对论中的钟慢效应。实际上，钟慢效应已经在人造卫星上被科学家观测到了。由于卫星运动越快，卫星上的时钟走得越慢，科学家需要不断地对卫星上的原子钟进行校准，否则，卫星导航就不能用了。

当速度越接近光速时，钟慢效应就会越明显，如果我们完全达到光速，那么我们周围时间的流逝速度相对于地球时间来说就变成了0。假设有甲乙两个双胞胎兄弟，现在让甲待在地球上，乙乘坐宇宙飞船以接近光速的速度在太空旅行，然后返回地球，当他回到地球的时候就会发现，自己比甲年轻。

因为光速旅行的时间会变慢，如果是以0.9999C旅行的话，那么相对论因子大约为70，也就是说，飞船上的1年等于地球上的70年。当甲乙两人分开的时候是20岁，那么等乙返回的时候，就会发现自己才21岁，而甲都变成了一个90岁的老头了。

在现实中，我们当然无法感受到钟慢效应的奇妙，但假设光速变慢很多，那么我们就可以通过星际旅行来逃过地球时间的“筛汰”。

怪异扭曲的空间

另外，当光速变慢很多时，我们还能感受到狭义相对论中的尺缩效应。即，我们静止时测量接近光速运动的物体，或者我们以接近光速运动时测量静止的物体，会发现物体的长度变短。

但尺缩效应比较复杂，因为如果光速变慢，我们的眼睛收到的信息会有延迟，这又可能会让物体在视觉感官上变得更长。

比如，一辆接近光速行驶的汽车，它的尺寸应该是缩短的，速度越快，就越短。然而，当汽车迎面驶来时，汽车前端所反射的光比后端反射的光运动的距离要短，因此整辆汽车反射到人眼中的光，汽车前端的光比汽车后端发出的时间要晚，这会让汽车的前端看起来更靠近我们，导致整辆汽车看上去更长了。同理，当汽车背离我们行驶时，汽车后端看起来会更靠近我们，也会使整辆汽车看上去更长了。

所以，假设光速变慢很多，那么我们或者物体的运动速度接近光速时，由于视觉的延迟加上尺缩效应，会使物体看起来可能变长、可能变短或者可能变弯——这将建立起一个怪异扭曲的地球空间，不知那时世界各地，又会诞生怎样的奇异景观。