如果光速低很多会发生什么?

如果光速低很多会发生什么?

光是宇宙中运动最快的东西。那么,如果光速慢得多,会发生什么?

在真空中,光速约为每秒 186,000 英里(每秒 300,000 公里)。如果速度慢几个数量级,人类会立即注意到。

任何游戏玩家都可以在瑞士科学、技术、工程和数学大学苏黎世联邦理工学院教育发展和技术主管 Gerd Kortemeyer 及其同事创造的电脑游戏中体验这种假设场景。在游戏中,您可以看到颜色和亮度变化的奇异效果,甚至是物体感知长度的变化,这是由于光速慢得多造成的。

人类缓慢的速度

即使以我们最快的速度,人类也比光慢。

麻省理工学院游戏实验室的研究科学家菲利普·坦 (Philip Tan) 告诉 Live Science:“人类行进的最快速度约为光速的 0.0037%,你需要乘坐某种太空飞行器才能达到这样的速度。”

但同时也是密歇根州立大学物理学副教授的 Kortemeyer 说,通过思想实验,物理学家已经确定,如果人类能够以接近光速的速度旅行,就会发生不寻常的事情。根据爱因斯坦的特殊的理论相关性-这也解释了速度如何影响质量,时间和空间-时间会慢下来,我们将测量对象为短,我们嗖的一声,他们过去和多普勒效应将光变成可见的,其他的变化中.

如果光变慢而不是人类加速,也会发生同样的变化。在这两种情况下,我们都会以接近光速的速度移动。

较慢的光速

当 Kortemeyer 在麻省理工学院担任客座教授时,他、Tan 和麻省理工学院游戏实验室的同事们创造了一个电脑游戏来说明如果光速足够慢以至于狭义相对论在日常生活中很明显,世界会是什么样子。在 2012 年发布的名为“ A Slower Speed of Light ”的游戏中,玩家控制一个收集沙滩球状球体的角色。每当角色收集 100 个球体中的一个时,光速就会减慢。

实际上,光速不会像游戏中那样减慢。真空中的光速永远不会改变,对于每个观察者来说都是恒定的。然而,光速确实会根据它穿过的材料而改变,但这并不会改变狭义相对论的影响,或者我们如何看待它们,科特迈耶说。

然而,如果我们能见证狭义相对论,我们会注意到颜色、时间、距离和亮度的变化,团队将这些效果融入到游戏中。

颜色变化

当人体运动的速度接近光速时,称为相对论多普勒效应的东西变得可察觉。要理解这一点,请记住光既是粒子又是波。作为一个波,它的特征在于它的波长,或者波峰到波峰的距离,这决定了它的颜色和频率,或者在给定时间内通过了多少波峰。

类似于根据多普勒效应,接近声源使其频率或音高似乎随着波峰越来越快地到达您的耳朵而增加,朝向光源移动使其波长看起来更短,从而改变Kortemeyer 说,光的明显颜色朝向色谱的蓝色和紫色端。另一方面,远离物体会使其表观颜色向光谱的红色端移动。总而言之,“靠近你的东西看起来更蓝,或者远离你的东西看起来更红,”Kortemeyer 说。

时间和距离的变化

也许狭义相对论最著名的影响之一是,对于一个接近光速的人来说,时间会变慢。在这种情况下,以接近光速移动的人会变老得更慢。这种效应称为时间膨胀。

在游戏中,“从技术上讲,你正在经历时间膨胀;但如果没有可以与之比较的东西,它并没有真正的意义,”Tan 说。Tan 说,在游戏过程中时间膨胀可能并不明显,但在最后,玩家会看到一个屏幕,告诉他们他们过去的时间比固定时钟所用的时间少。时间膨胀,就像狭义相对论的其他效应一样,发生在游戏过程中,因为游戏角色的移动速度接近光速。

狭义相对论的另一个影响是,以接近光速运动的物体——或者当你以接近光速掠过它们时静止的物体——的长度缩短了。这称为长度收缩。但效果很复杂,Kortemeyer 说。Kortemeyer 说,根据静止观察者的测量,以接近光速缩放的物体可能会经历长度收缩并且可能更短,但由于狭义相对论的另一种效应称为运行时效应,它们实际上在该人眼中看起来更长.

例如,假设一辆自行车向您驶来。与自行车后部的光线相比,自行车前部的光线到达您的眼睛的距离更短。因此,您会看到自行车的前部是最近的,而自行车的后部是过去的,当时自行车离得更远。“总体而言,这让自行车显得更长,”科特迈耶说。有时,这种相同的效果会使对象看起来扭曲。

换句话说,如果光速慢得多,那么接近该速度的物体在静止的观察者看来可能会显得更长和/或扭曲。

亮度变化

当您在雨中行走时,您可能会注意到前部比后部更湿。当您走进雨中时,您会遇到比站立时更多的雨滴,但是您的正面可以保护您的背面免受这些额外雨滴的影响。科特迈耶说,如果你以接近光速的速度移动,也会发生类似的事情。

这是因为光有时表现得像一组粒子,称为光子,就像小光滴。在电脑游戏中,当你朝着一个物体移动时,它看起来比你站着不动时更亮,因为你走进了它的光子。这被称为探照灯效应。

汤普金斯先生在仙境

Kortemeyer 和 Tan 并不是第一个想象光速变慢的世界的人。1939 年,物理学家乔治·伽莫夫出版了一本名为《汤普金斯先生梦游仙境》的图画书,书中主人公骑着自行车穿过光速变慢的城市,经历了相对论效应。爱因斯坦“真的很喜欢那本小册子,”科特迈耶说。

伟大的物理学家会如何看待“较慢的光速”?“好奇心可能首先让他发挥作用,因为如果相信历史学家,他已经在 16 岁的时候问过如果你骑着一束光你会看到什么——当然,你不能,但在游戏中,你几乎可以达到光速,”Kortemeyer 说。“但后来我认为他会一直玩电子游戏,直到他无可救药地晕车——大多数物理学家仍然很顽皮。”

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