作者CheLiu (劉徹)
看板ask-why
標題[請益] 光速 時間 年齡
時間Tue Aug 4 15:30:16 2015
請教一個光速跟時間的問題
科普不是很好 真是拍寫...><
速度越快 時間就變得越慢
在速度到達光速 則時間停止
那想問一個問題
今天有一個30歲的人以光速前進了一光年
然後再以光速跑了一光年返回地球
那他回到地球時應該是32歲沒錯吧?
這樣子時間的停止是發生在哪個階段呢?
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 122.147.100.151
※ 文章網址: https://webptt.com/m.aspx?n=bbs/ask-why/M.1438673421.A.A93.html
1F：→ buffalobill: 關鍵字：lorentz factor 08/04 15:41
2F：→ CheLiu: 不好意思 有去找但是也看不太懂 羅倫茲因子要表達的是 08/04 16:09
3F：→ CheLiu: 指光速目前還不可超越嗎? 08/04 16:10
後來爬文找到了一篇文章 擷取其中一段話 讓我好像有點似懂非懂了
但是近光速行進時會發現時間變慢、長度縮短，那是指「外面人看我」而言。
對在行進中的我，一切都如常，沒有什麼改變。
這樣是指時間的停止是指相對而言
所以在光速的時候 時間是沒有意義的 這句話不就是錯的?
※ 編輯: CheLiu (122.147.100.151), 08/04/2015 16:42:51
4F：推 shihpoyen: 是30歲 08/04 16:54
5F：→ shihpoyen: 用光速容易出現問題 下面用0.6倍光速來討論 對地球上的 08/04 16:56
6F：→ shihpoyen: 人來說太空船花了兩年來回 但他們會觀察到太空船上的人 08/04 16:57
7F：→ shihpoyen: 時間變慢只過了1.6年 而太空船上的人會覺得自己的時間 08/04 16:58
8F：→ shihpoyen: 一切正常 但他們會發現到目標星球的距離從1.2光年縮短 08/04 16:59
9F：→ shihpoyen: 到0.96光年 所以他們自己會發現自己花了1.6年來回 08/04 17:01
10F：→ shihpoyen: 我把原PO問題中的2光年改成1.2光年了 這樣比較好算XD 08/04 17:01
11F：推 shihpoyen: 發現自己打錯了應該是「但他們會發現到目標星球的距離 08/04 17:04
12F：→ CheLiu: 假設不考慮天體運動 那距離為什麼會縮短?比時間靜止更難 08/04 17:04
13F：→ CheLiu: 解 08/04 17:05
14F：→ shihpoyen: 從0.6光年縮短到0.48光年」才對 08/04 17:05
15F：→ shihpoyen: 相對論裡面本來就有長度收縮啊 而且歷史上長度收縮的現 08/04 17:06
16F：→ shihpoyen: 象還比時間膨脹早被提出 08/04 17:06
17F：→ CheLiu: 不好意思 再請教一下 去查了一下 長度收縮不是觀察物體真 08/04 17:12
18F：→ CheLiu: 縮小 而是觀察結果顯示變短 那這樣再實際航行的狀態下 08/04 17:12
19F：推 Ebergies: 因為事實上你不可能不經過加速的階段到達光速 08/04 17:12
20F：→ CheLiu: 為什麼距離的的確確的縮短? 08/04 17:13
21F：→ CheLiu: 好像越問越多問號XD 08/04 17:13
22F：→ Ebergies: 狹相來說, 你在等速的情況下以光速飛行一年還是經過一年 08/04 17:13
23F：→ CheLiu: 所以我原本的問題 他是32歲沒錯? 那S大的30歲又不懂了ORZ 08/04 17:16
24F：推 shihpoyen: E大的一年是太空船的一年 不是外界的一年 所以如果太空 08/04 17:20
25F：→ shihpoyen: 船上過了一年的話 對地球上的人來說太空船已經跑到無限 08/04 17:21
26F：→ shihpoyen: 遠處了 08/04 17:21
27F：→ shihpoyen: 觀察結果顯示變短和實際變短基本上是一樣的 08/04 17:22
28F：→ shihpoyen: 如果你用所有的方法量到的長度都是變短後的長度的話 代 08/04 17:23
29F：→ CheLiu: 不過我是以跑了一光年來說 所以這樣對地球和太空船不一樣 08/04 17:24
30F：→ CheLiu: 嗎 08/04 17:24
31F：→ shihpoyen: 表那物體所有的物理現象都符合其變短後的長度 那跟實際 08/04 17:24
32F：→ shihpoyen: 變短有差嗎？ 08/04 17:24
33F：→ shihpoyen: 是 對地球來說是1光年的話 對0.6光速的太空船來說是0.8 08/04 17:25
34F：→ shihpoyen: 光年 對光速的太空船來說是0光年 08/04 17:25
35F：→ CheLiu: 我覺得我去找本入門的書來看一下好了...不然真的越問越 08/04 17:31
36F：→ CheLiu: 糊塗..... 請問有推薦給新手/物理白癡看的入門書嗎XD 08/04 17:31
37F：→ CheLiu: 請問有推薦的嗎? 08/04 17:32
38F：推 shihpoyen: 「費曼的六堂Easy相對論」可能可以 感覺滿多科普都有提 08/04 17:39
39F：→ shihpoyen: 到相對論的 不過看過的科普書就這本幾乎都在講相對論 08/04 17:40
40F：→ CheLiu: 好的 感謝 去找找 08/04 17:41
41F：→ shihpoyen: 其他我看過有整整一章在講相對論的就是教科書了XD 08/04 17:41
43F：→ mpcb: 相對論很重要的三個特性:同時性、長度縮短、時間擴張(不用記 08/04 17:44
44F：→ mpcb: 其實都是座標系在速度影響下的結果 要數學就是勞倫茲轉換 08/04 17:45
45F：→ mpcb: 如果有興趣 可以用這些關鍵字去google 有些示意圖可參考 08/04 17:45
46F：→ CheLiu: 好的 我去找看看適合我這種完全新手看的 感謝 08/04 17:46
47F：推 shihpoyen: m大那本我有 印象中還有一本風格很像的XD 08/04 17:47
48F：→ mpcb: 以你提的例子 簡答是 太空人還是30歲 08/04 17:47
49F：→ mpcb: 應該是 小氣財神的物理夢遊記 吧 08/04 17:49
50F：→ mpcb: 這兩本都是吉爾摩寫的 以故事方式描述物理現象 08/04 17:50
51F：推 shihpoyen: 好像不是 好像是叫「湯X先生的X」 X代表不特定字數 08/04 17:51
52F：→ mpcb: 物理奇遇記：湯普金斯先生的新世界 08/04 17:52
53F：推 Ebergies: 這麼想吧, 假設 A 星距離你 1 光年, 然後 A 星以光速向 08/04 17:52
54F：→ shihpoyen: 找到了 是「物理奇遇記：湯普金斯先生的新世界」 08/04 17:53
55F：→ Ebergies: 你移動, 試問你要多久才能到達 A 星上? 08/04 17:53
56F：→ shihpoyen: 啊 m大先提了XD 08/04 17:53
57F：→ shihpoyen: 一年 但對A星上的人來說是0年 08/04 17:54
58F：→ mpcb: 對靜止座標而言都是1年 對移動座標而言<1年 08/04 17:55
59F：推 Ebergies: 那第二個問題, 你以光速向 A 星移動, 那你要多久會到 A? 08/04 17:55
60F：→ Ebergies: 第三個問題, 你怎麼知道是你在動還是 A 星在動? 08/04 17:56
61F：推 shihpoyen: 第二個問題：0年 第三個問題：誰在動不重要，反正只要 08/04 17:57
62F：→ shihpoyen: 我沒有加速度，對我而言，我就是靜止的 08/04 17:57
63F：→ CheLiu: 現在進入了似懂非懂的狀態下，好像可以懂，現在卡在如果 08/04 18:00
64F：→ CheLiu: 是30歲的話 那他跑了兩光年的這段路上 他的生理時鐘也是 08/04 18:01
65F：→ CheLiu: 嗎? 如果有停止才算時間靜止嗎? 08/04 18:02
66F：推 Ebergies: 沒有加速度不代表就是靜止的... 08/04 18:02
67F：→ mpcb: 光速的太空船上的時鐘還沒跳下一秒 太空船就會到任何一地 08/04 18:03
68F：推 shihpoyen: 簡單來說 E大的問題都是從第三者的角度出發的 只是問題 08/04 18:04
69F：→ mpcb: 所以對於光速移動的物體 時間是無意義的 08/04 18:04
70F：→ shihpoyen: 一當中第三者和題目中的「你」沒有相對速度 而問題二當 08/04 18:05
71F：→ shihpoyen: 中第三者和A星沒有相對速度 所以第一題和第二題的座標 08/04 18:06
72F：→ shihpoyen: 系根本就不同 測量到不同的時間很合理 並不矛盾 08/04 18:06
74F：推 Ebergies: 測量的座標系都是 "你" 怎麼會沒有矛盾... 只因為有沒有 08/04 18:07
75F：→ mpcb: 假設我們做個時鐘 以光在兩面鏡子中上下移動一次為1秒 08/04 18:07
76F：→ Ebergies: 第三者跟你一起飛就會改變你到 A 星所感受的時間 08/04 18:07
77F：→ Ebergies: 這難道不是一件很奇怪的事嗎 08/04 18:08
78F：→ mpcb: 當這個時鐘在太空船上 和外面的觀測者會看到什麼狀況 08/04 18:08
79F：→ shihpoyen: 對觀察者而言只有相對速度是可觀察的 沒有加速度的話 08/04 18:08
80F：→ mpcb: 在太空船上 太空人看到的是光上下移動一次 所以是1秒 08/04 18:08
81F：→ shihpoyen: 對觀察者來說自己就是靜止的 08/04 18:08
82F：→ mpcb: 但是在外面的人看到的光 會因為太空船的移動 所以走的是斜線 08/04 18:09
83F：→ Ebergies: 所以自己是靜止的情況下, 為什麼有沒有第三者會改變你對 08/04 18:09
84F：→ Ebergies: 時間的感受呢? 08/04 18:09
85F：→ mpcb: 因此對於外面觀測者而言 太空人說的1秒其實是很多秒 08/04 18:09
86F：→ Ebergies: 無論是第一個問題或第二個問題, 自己看自己都應該是靜止 08/04 18:10
87F：→ mpcb: 如果太空船是光速的話 外面的人永遠看不到光線移動到另一端 08/04 18:10
88F：→ mpcb: 所以對於光速移動的太空船而言 他的1秒是外界無限多秒 08/04 18:11
89F：→ mpcb: 時間也就無意義了 08/04 18:11
90F：→ Ebergies: 先說結論, 會影響時間的流速, 能夠讓兩個對時過的時鐘最 08/04 18:12
91F：→ mpcb: 一、二題是一樣的 三是觀測者是否知悉在加速座標的問題 08/04 18:12
92F：→ Ebergies: 後回到同一個座標系, 發生時間不同的情況 08/04 18:12
93F：→ Ebergies: 只有在廣相的情況下才會發生 08/04 18:12
94F：推 shihpoyen: 有沒有第三者不重要 他只是我提出來幫助理解的角色而已 08/04 18:13
95F：→ Ebergies: 所以 1, 2 的問題為何答案不同? 08/04 18:13
96F：→ mpcb: 一、二題會有差異就像是雙生子悖論中 誰是離開的那個? 08/04 18:14
97F：→ shihpoyen: 「我」在問題一看到的是一光年外的星球以光速向我靠近 08/04 18:14
98F：→ mpcb: 一、二題的答案是一樣的啊 都是0秒 08/04 18:15
99F：→ shihpoyen: 而我在問題二中看到的是A星在0光年處以光速向我靠近 08/04 18:15
100F：推 Ebergies: mpcb: 那麼你是如何測出光速是多快的... 08/04 18:16
101F：→ shihpoyen: 問題一是1年 問題二是0年 08/04 18:16
102F：→ Ebergies: 所有的光都以光速前進, 那理論上所有的光到達你 08/04 18:16
103F：→ mpcb: 測光速和一二題無關 一二題可以用同時性解決 08/04 18:16
104F：→ Ebergies: 你的感受應該都是 0 秒 08/04 18:17
105F：→ mpcb: 在所有的慣性座標下 光都以光速移動 08/04 18:18
106F：推 shihpoyen: E大的問題一、二與雙生子悖論基本上沒什麼關係 08/04 18:20
107F：→ mpcb: 有 雙子生悖論中 兩個觀測者都是以相同速度遠離對方 08/04 18:21
108F：→ shihpoyen: E大的問題一、二不需要回歸同一個座標系 08/04 18:22
109F：→ mpcb: 所以是和問題一二相同 但是那一邊時間會擴張 在誰是慣性座標 08/04 18:22
110F：→ mpcb: ok 你說的沒錯 08/04 18:25
111F：→ mpcb: E所說的是同時性造成光速不可測的問題 08/04 18:27
112F：推 shihpoyen: E的題目有個問題是E大沒說一光年是在哪個座標系測的 我 08/04 18:30
113F：→ shihpoyen: 前面是假設存在一個座標系一開始所謂的「你」和A星在此 08/04 18:32
114F：→ shihpoyen: 座標系中相距一光年 而問題一中A星在此座標系中以光速 08/04 18:34
116F：→ mpcb: 但 那是奇異點... 08/04 18:34
117F：→ shihpoyen: 移動 而所謂的「你」靜止 問題二中則反過來 則在此座標 08/04 18:34
118F：→ shihpoyen: 系中問題一、二量到的時間都是一年 但以所謂的「你」的 08/04 18:35
119F：→ shihpoyen: 座標系來說問題中量到的是一年 問題二中量到的是0年 至 08/04 18:36
120F：→ shihpoyen: 於A星則是反過來 08/04 18:36
121F：→ mpcb: 舉個例子 一艘太空船經過地球時月球爆炸 地球上的人會同時看 08/04 18:59
122F：→ mpcb: 到這兩件事 但是在地球人時間過一年後 A星人同時看到太空船 08/04 19:00
123F：→ mpcb: 和月球爆炸的狀況 但是太空船上的人是同時看到爆炸的光和A星 08/04 19:00
124F：→ mpcb: 因此對於太空船上的人 這兩者是同時發生 他馬上轉頭回地球 08/04 19:01
125F：→ mpcb: 地球上的人再過了一年後會同時看到他轉頭引擎點火的光和船 08/04 19:02
126F：→ mpcb: 而太空船上的人又是同時看到光和地球 08/04 19:02
127F：→ mpcb: 所以對於地球上的人離月球爆炸已經過了兩年 但太空人是0秒 08/04 19:03
128F：→ mpcb: 如果在太空船飛行時 他想測量光速會怎麼樣? 08/04 19:05
129F：→ mpcb: 他一樣會量到光速 但是當船上的時鐘移動1秒時 在太空船外已 08/04 19:05
130F：→ mpcb: 經移動了無限長的距離 所以會變成無法測量的狀況 08/04 19:06
131F：推 Ebergies: 仔細想一想，我應該是提出了一個不正確的問題 08/04 21:27
132F：推 PrinceBamboo: 普通物理不就有羅倫茲座標和狹義相對論了? 08/05 03:08
133F：→ PrinceBamboo: 如果連普物的都還沒搞懂就直接看專書只會更混淆吧 08/05 03:09
134F：→ CheLiu: 高中開始就沒有念物理了....... 08/05 09:42
135F：→ PrinceBamboo: 所以建議你先找本普物來看啊 這沒辦法一蹴可幾的 08/05 16:09
136F：→ mpcb: 其實在台灣社會中大多數的人是連高中普物都沒機會接觸 08/06 11:06
137F：→ mpcb: 而如何讓這些人也有機會認識自然科學的神奇與好奇心 08/06 11:07
138F：→ mpcb: 是我們這些學過的人的責任與義務 至於做不做得到就看個人了 08/06 11:08
139F：推 jojoStar: 樓上說得好 08/07 05:10
140F：→ CheLiu: 真的.... 像我就是高中開始就沒念物理 可是偏偏又對天文 08/07 12:13
141F：→ CheLiu: 東西有興趣 但也不知道要問誰 又怕問了太基礎東西人家會 08/07 12:13
142F：→ CheLiu: 不耐煩...ORZ 真的也很感謝樓上的幾位 08/07 12:14
143F：推 PrinceBamboo: 我也對天文有興趣 建議先找本地球科學概論 內容不會 08/08 23:25
144F：→ PrinceBamboo: 難懂但都是基礎之基礎 保證夠鑽研很久了 08/08 23:26
145F：推 jojoStar: 去看一本書 為什麼E=mc2？ 內容相當簡單 08/09 02:28
146F：→ yzfr6: 這問題 八掛板物理板天文板 應該討論過很多次了 08/10 09:58
147F：→ qwop8765: 時間是相對的 END 08/13 05:58
148F：推 packet: 光速進行時，時間是靜止的 09/16 20:19