
光是宇宙中移动最快的事物。那么,如果光速要慢得多,会发生什么呢?
在真空中,光速约为每秒186,000英里(每秒300,000公里)。如果是较慢的数量级,人类将立即注意到。
任何游戏玩家都可以在计算机游戏中体验到这种假设的情况,瑞士Eth Zurich教育发展与技术总监Gerd Kortemeyer是瑞士的科学,技术,工程和数学大学,以及他的同事创造的。在游戏中,您会看到不断变化的颜色和亮度的奇怪效果,甚至在对象长度的变化中,这将归因于光速较慢的光速。
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人类的速度缓慢
即使以我们最快的速度,与光相比,人类也很慢。
麻省理工学院游戏实验室的研究科学家菲利普·谭(Philip Tan)告诉《现场科学》:“任何人旅行最快的速度约为光速约0.0037%,您需要采用某种空间工具才能达到这些速度。”
但是,通过进行思考实验,物理学家确定,如果人类能够以近速度旅行,那么不寻常的事情就会发生。根据阿尔伯特·爱因斯坦的特殊理论相对论- 这解释了速度如何影响质量,时间和空间 - 时间会放慢,我们将对象缩短,因为我们将它们搅动过来,多普勒效应除其他变化以及其他变化外,光线很可见。
如果光线放慢,那些相同的变化将发生相同的变化。在这两种情况下,我们都会以近速度移动。
光速较慢
当Kortemeyer在麻省理工学院担任客座教授时,MIT游戏实验室的他,Tan及其同事创建了一款计算机游戏,以说明如果光速足够慢,以至于在日常生活中显而易见的相对性。在2012年发行的游戏中,称为“光速较慢,“玩家控制着一个收集海滩球状球体的角色。每当角色收集100个球之一时,光速就会变慢。
实际上,光速不会放慢游戏中的方式。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。但是,光的速度确实会根据其所经过的材料而变化,但这并不能改变特殊相对论的影响,或者我们如何看待它们的效果。
但是,如果我们能目睹特殊的相对论,我们会注意到颜色,时间,距离和亮度的变化,并且团队将这些效果纳入游戏中。
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颜色变化
当人类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感知。要理解这一点,请记住那光既充当粒子又是波。作为波浪,它的特征是其波长,或从波峰到波峰的距离,它决定了其颜色和频率,或者在给定时间内通过了多少波峰。
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Kortemeyer说,与多普勒效应一样,接近声源的方式使其频率或俯仰似乎随着波峰越来越快地到达耳朵的速度而增加,朝着光源移动,使其波峰看起来更短,将光的明显颜色转移到了蓝色和紫色的末端。另一方面,从对象移开,将其明显的颜色转移到频谱的红色端。总而言之,“走向你的事情看起来更蓝,或者从你身上移开的东西看起来是红色的,”科特米耶说。
时间和距离的变化
也许特殊相对论最著名的效果之一是,对于人类在光速接近光速的情况下,时间就会减慢。在这种情况下,一个以近光速度移动的人会更慢。这种效果称为时间扩张。
在游戏中,“从技术上讲,您正在经历时间膨胀;但是没有一些可以与之比较的东西,这并没有任何意义。”谭说,在比赛中,时间膨胀可能并不明显,但是最后,玩家看到一个屏幕通知他们,他们过去的时间比通过固定时钟的时间少。时间膨胀,就像特殊相对论的其他影响一样,在游戏期间发生,因为游戏的角色正在接近光速。
特殊相对论的另一个效果是,当您以近光速度驶过它们时,物体的长度靠近光速或固定物体的固定物体 - 缩短。这称为长度收缩。但是效果很复杂,科特米耶说。 Kortemeyer说,根据固定观察者的测量结果,以接近光速的缩小可能会经历长度的收缩,并且可能更短,但是由于特殊相对论的另一种称为运行时效应的效果,它们实际上看起来更长的是该人的眼睛。
例如,假设一辆自行车朝你走来。自行车前部的光线比从自行车后部的光线短的距离要短。结果,您会看到自行车的前部,就像最近的自行车后部一样,当时自行车走得更远。科特米耶说:“总体而言,这会使自行车看起来更长。”有时,相同的效果会使对象看起来扭曲。
换句话说,如果光速要慢得多,那么靠近该速度的物体可能会显示更长的时间和/或扭曲到固定的观察者。
亮度变化
当您在雨中行走时,您可能会注意到您的前方比后面更湿。当您走进雨中时,您会遇到比站着不动的更多的雨滴,但是您的前部可以保护您的背部免受这些额外的雨滴的影响。 Kortemeyer说,如果您以光速速度移动,也会发生类似的事情。
那是因为光有时表现得像颗粒的集合,称为光子,就像光的小滴。当您朝计算机游戏中的物体移动时,它看起来比站立时更明亮,因为您正在进入其光子。这称为探照灯效果。
汤普金斯先生在仙境中
Kortemeyer和Tan并不是第一个想象一个速度较慢的世界。 1939年,物理学家乔治·戈诺(George Gamow)出版了一本名为“汤普金斯先生在仙境中”的图画书,其中标题角色穿过一辆自行车穿过光线速度和经历相对论效果的城市。爱因斯坦“真的很喜欢那个小册子,”科特米耶说。
伟大的物理学家会如何看待“光速较慢”? Kortemeyer说:“好奇心可能使他首先发挥了作用,因为如果要相信历史学家,他已经在16岁时就问了您是否骑着光束,您会看到什么 - 当然,您当然不能,但是在游戏中,您几乎可以达到光速。” “但是后来我认为他会玩视频游戏,直到他无可救药地动态病为止 - 大多数物理学家仍然嬉戏。”
最初发表在现场科学上。