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根据爱因斯坦的狭义相对论,时间会随着速度的增加而变得越来越慢。由于光速是最快的速度,那么,这是否意味着,时间会在速度达到光速时停止了呢?对于光来说,时间是静止的吗?
钟慢效应或者时间膨胀效应的公式如下:
Δt为相对静止参照系的时间,ΔT为速度为v的参照系的时间,c为真空中的光速。
可以看到,运动参照系的时间会随着速度的增加而逐渐放慢。而当速度无限接近光速时,上式的分母趋于0,ΔT也会趋于0,因为根据高等数学中的0/0型不定极限,Δt是存在且有限的。这意味着运动参照系的时间流逝速率趋于0,时间趋于停止。不过,上式的分母不能0,这也意味着速度达不到光速。
但对于没有静质量的光子而言,它们的速度可以达到光速,并且也只能是光速。在地球参照系看来,织女星距离地球25光年,织女星发出的光需要25年才能到达地球。如果光有角度,对于光而言,它们从织女星发出的瞬间就能抵达地球,从织女星到地球的距离为0,传播时间为0。
然而,光并不存在角度,光速参照系是不存在的,没有一个参照系可以让光看起来变得静止,因为这会违背狭义相对论的光速不变原理。根据光速不变原理,无论是地球上的观测者,还是相对于地球运动的宇宙飞船上的观测者,如果他们测量从织女星发出的光的速度,结果都是相等的光速,不会与其自身的速度按照平行四边形法则进行叠加。
无论是什么参照系中的观测者,他们所测出的光速始终相等,这个已经被实验证实。在爱因斯坦创立狭义相对论之前,为了测量沿着地球公转方向的光和与其方向垂直的光之间的速度差,迈克尔逊和莫雷两位物理学家做了一项光干涉实验,结果表明两束光的速度大小完全一致,后来精度更高的实验都能证明这一点。
事实上,在更早之前,麦克斯韦已经根据电磁场方程组推导出了如下的真空光速公式:
上式中的两个参数均为与真空有关的常数,与参照系没有任何关系,这意味着光速相对于任意一个参照系都是相同大小的光速。
一旦有一个参照系能让光速大小变为0,将会违背光速不变原理。因此,宇宙中不存在让光速静止的光速参照系,光也没有时间是否静止的概念。
另外,对于亚光速参照系中的观测者,他们并不会真的感受到时间流逝速率下降。举个例子,如果一艘宇宙飞船以光速的99.92%从地球出发飞向织女星,那么,地球上的观测者会认为飞船将会在大约25年后飞抵织女星,因为织女星与地球相距25光年。但飞船上的观测者会认为只要1年的时间就会抵达织女星,因为尺缩效应,织女星与地球之间的空间会被压缩为1光年。
不过,飞船上的观测者并不是用1年的时间过了25年,他们会觉得1年就是正常的1年。只是在地球上的观测者看来,这个时间是25年。因此,时间膨胀效应只是相对而言的概念,想要以此来活到1万岁是不可能真正实现的。