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飞往5500万光年外的M87星系黑洞要多久?相对论说35年即可!

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发表于 6 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式
近几天最火的词当属黑洞,科学家们公布了第一张通过直接拍摄得到的黑洞照片。而这个黑洞近来也有了自己的名字,叫做“Powehi”,这是夏威夷语,意为:无穷创造的暗中源泉。


由于黑洞的火热,也使得很多朋侪对这种宇宙中的“暗中天体”产生了无比的好奇。要知道,这颗质量是太阳65亿倍的超大质量黑洞位于M87星系,间隔地球足足有5500万光年之远,这是个什么概念呢?
假如不思量宇宙膨胀的影响,这段间隔用光来飞行,那么也必要足足5500万年才气走完备段路程


云云可怕的数据,为什么文章的标题还说只需35年就能完成呢?难不成人类的飞船可以或许超光速数倍?超光速天然是不大概的,而且标题还指明确这个35年的数据是在相对论的底子上得来的。那么这到底是怎么一回事呢?
很简朴,这个35年是飞船内部的时间,比如说宇航员20岁开始飞行,那么等他到了55岁,便可到达5500万光年外的M87星系黑洞。
假如常常关注相对论的读者,应该都知道在狭义相对论中有一个时间膨胀效应,假如飞船的速率特殊快,那么在地球参考系看来,飞船内的时间就流逝的非常迟钝,乃至能一度靠近于停滞。


但同样的,在很多科普文章中,都只提到了当速率到达多少时,时间会减缓到什么程度。但却没有指出,如许的结论只是以匀速飞活动条件的,可以看上图的公式,此中v就是飞船的运行速率。
但我们知道对于任何物体来说,除非它不具备静止质量(如光子),否则是不大概不经历加快过程就能到达某某速率的。比如当速率到光速的99%并匀速飞行时,飞船内的时间流逝在地球参考系看来是减缓的,但飞船在之前的那段加快过程呢
很显然,很多科普文章都没有提到这一点。实际上在关于加快率的标题上,很多人以为提到了加快率就必须接洽广义相对论,但实际上广义相对论作为一套引力理论,它与狭义相对论的区别在时空配景的差异,究竟从狭义和广义相对论的两个英文名称来看,狭义相对论是可以翻译为特殊相对论,而广义相对论则能翻译为平凡相对论,这二者的区别就是所讨论标题时,时空是否弯曲。


而我们今天讨论的标题并不涉及弯曲时空(至少在飞行过程中,可以以为是不涉及弯曲时空的,而到了黑洞四周,那就得思量了,但这一点在今天这篇文章不会商起)。由于时空并不弯曲(也就是所谓闵氏时空),那么飞船的加快活动天然可以用狭义相对论所讨论。

闵可夫斯基
那么狭义相对论关于加快活动是怎样办理的呢?实际上,这一点早存在洛伦兹变更里了,但作为一篇科普文章,这种天书式的过程就稳固写出来了,但它的结论可以用一句话来表现:加快率在差异参考系中有差异的数值。


怎样明确呢?比如说匀速前行的一节高铁车厢,内里的搭客在内里从零加快疾驰,对于车厢内的观察者以及地面观察者而言,都可以测算出这位搭客的加快率是多少。一样平常来说,二者测得的数值应该是一样的,但实际上并不是,这种差异取决于高铁的速率到底有多快,究竟光速不可超越。
那么我们这段5500万光年的路程到底该怎样飞行呢?很简朴,飞船逐步加快率前行呗,从舒服的角度出发,飞船的加快率可以设置为一个重力加快率,这一点可以很方便的从内部宇航员的身材感受得知,大概用内部的仪器也可以测出来,总之内部职员测出来的值必须稳固在一个重力加快率。
至于燃料的标题,我们就假设人类把握了某些先辈科技,能包管一起上不为燃料发愁,究竟宇宙很广阔,根本以为是没有阻力的,因此即便飞船不加快,也可以包管不会减速飞行。


那么这段5500万光年的路程,就被分为两段,前半段加快后半段减速,对于飞船内部的职员来说,前半段属于匀加快飞行,后半段属于匀减速飞行,而对于地球参考系来说,前半段是变加快活动(加快率越来越小,随着飞船速率越来越靠近光速,加快率就会渐渐靠近零),后半段则同理活动。
根据如下公式,我们可以算出地球上流逝的时间(T),以及飞船内部流逝的时间(t);s是飞行路程(只需盘算一半路程,即2750万光年)、c是光速


可以发现,末了当飞船抵达M87星系黑洞时,飞船内部才已往了约35年,而地球上却早已已往了5500.0000324万年。
由此可见,即便是加快率仅为一个重力加快率的环境下,所带来的时间减缓效应也黑白常显着的。固然了,飞船末了在靠近黑洞时,标题的时空配景就不再是闵氏时空的了,究竟我们要讨讨论的对象但是黑洞啊。
假如将其当做史瓦西黑洞来处置处罚(一种最简朴的黑洞模子),随着飞船越来越靠近其变乱视界,飞船内部的时间也会变得越来越慢,但身处地球的我们,时间并不会有什么改变,这就是引力对时间的影响。


固然了,历尽艰苦飞已往可不是送死的,因此飞船势必得离黑洞远远的,即便云云,如许整个一套流程下来,飞船再回到地球时,恐早已物是人非,人类社会估计都早已殒命。
本篇文章的内容到此结束。
谢谢各位阅读!
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本文由赛老师科普原创,欢迎关注,带你一起长知识!

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