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本章前面所讲的数学将在这里发挥作用了
我们刚才用它精确预测了以恒定速度运动的时钟比静止时钟变慢多少
因此
这里我们可以通过数学公式预测
当缪子以百分之九十九点九四的光速运动时
时间会减慢多少
寿命又会延长多少
根据爱因斯坦理论
布鲁克海文缪斯的时间将延长伽马等于一除以一减v平方除以c平方的平方根倍
其中v除以c等于零点九九九四的平方根
按下手边的计算器验证下
你会发现伽马等于二十九
和布鲁克海文的实验人员发现的完全一样
我们值得在这里稍作停留
思考下发生了什么
根据勾股定理和爱因斯坦关于光速不变的假定
我们导出了一个数学公式
它赋予我们预测亚原子粒子寿命延长的能力
当一个称为缪子的亚原子粒子在布鲁克海文的粒子加速器中加速到百分之九十九点九四光速的速度时
我们计算出它的寿命应该是静止缪子寿命的二十九倍
这一预测与布鲁克海文的科学家所测到的数值完全一致
这就是物理学的天地
你思考的越多
它就越精彩
当然
在二十世纪九十年代
爱因斯坦的理论早已成熟
布鲁克海文的科学家更关注缪子的其他性质
爱因斯坦理论的寿命延长效应给他们提供了额外的好处
这意味着他们有了更多的时间对缪子进行观察
根据实验
我们不得不得出这样的结论
时间是可以拉伸的
它流失的快慢因人而异
因谬子而异
取决于他们的运动状态
嗅觉敏锐的读者可能已经发现
时间这种令人不安的行为
似乎不是问题的全貌
还有其他东西潜藏在后面
回到交替梯度同步加速器中
再想一想那些嗡嗡作响的缪子
在加速器上画一条终点线
数一数缪子在死亡前跨越终点线的次数
对于观察缪子的人来说
由于缪子寿命延长了
他们跨越了四百次
但如果和缪子一起绕环疾驰
你会跨越终点线几次呢
必须是四百
否则这个世界将毫无意义
问题来了
当你随着缪字环绕飞行时
手表会显示它们的寿命只有二点二微秒
因为缪子相对于你是静止的
并且缪子静止时的寿命只有二点二微秒
尽管如此
在缪子消失前
你和缪子还必须环绕运动四百多圈
然而
在二点二微秒内跑四百圈
似乎又是不可能的
这是怎么回事
幸运的是
有办法摆脱这种困境
从缪子的角度来看
环的周长缩小了
为了观测的一致性
从缪子看来
环的长度必须收缩
直到它产生的效果和缪子寿命增加的相同
所以
空间也必须是可以伸缩的
跟时间膨胀一样
空间收缩也是一个真实的效果
运动的物体确实如此
举一个奇怪的例子
有一辆四米长的汽车试图进入一个三点九米长的车库
这似乎不可能
但根据爱因斯坦理论
如果汽车的速度超过光速的百分之二十二
它就能挤进去
至少在碰到墙的最后一刹那
同样
根据数学公式
你可以验证百分之二十二是正确的数字
因为再快一点
车子就缩小到三点九米以下
再慢一点
车子缩小的长度不够
在亚原子世界发现时间减慢
距离缩短
就足以令人惊讶了
更何况爱因斯坦的推理对人类这样大小的物体也适用
有朝一日
我们的生存将依靠这些奇怪的现象
想象一下
几十亿年后的遥远未来
太阳不再能给我们提供生命所需的稳定光照
它已变成了一个恒星怪物
会在最后死亡的暴胀中吞没掉我们的星球
那时
如果我们没有因其他原因而灭绝
就必须设法逃离地球家园
前往其他行星
然而
人类生活的银河系是由一千亿个太阳组成的螺旋状岛屿
直径约十万光年
也就是说
在地球上看来
光需要十万年才能穿过银河系
若如上所述
前往其他行星是我们最终的命运
那么我们的目的地似乎也只能局限于临近的一小部分恒星天文尺度上
因为好像我们很难指望达到银河系更遥远的角落
即便光也需要十万年的时间
事实并非如此
爱因斯坦的理论可以拯救我们
我们可以建造一艘飞船
以非常接近光速的速度飞向太空
那么恒星间的距离就会缩短
我们越接近光速
间距就越短
如果我们能以百分之九十九点九九九九九九九九的光速旅行
那么我们就可以用短短的五十年时间离开银河系
飞到邻近的仙女座星系
尽管它距离我们将近三百万光年
这是一项艰巨的任务
最大的障碍是如何为宇宙飞船提供动力
使其能够达到如此快的速度
随着空间和时间扭曲的发现
前去宇宙远处旅行的想法和以前已大不相同
如果你是人类第一批仙女座探险队的一员
经历了五十年的旅程后
来到了新的星系
并在那里给出生的孩子讲太空中蓝色星球的故事
若这些新生的小孩希望回到地球家园
亲眼一睹他的姿态
他们需要调转宇宙飞船
再花上五十年才能返回地球
这样往返仙女座的整个旅程将花费一百年的时间
然而更令人震惊的是
当他们回到地球轨道时
地球上的居民已经生活了六百万年了
那时
他们祖先的文明是否还存在
爱因斯坦让我们看到了一个匪夷所思的世界