飞船七日,世上千年
“洞中方七日,世上几千年。”这是两句古诗。如果把诗中的“洞” 看作是高速飞行的宇宙飞船,那么,它就与现代物理不谋而合了。
在相对论物理学的教科书中,通常都描写一个使人难以理解的故事: 一对年轻的孪生兄弟,哥哥乘坐一艘接近光速运动的宇宙飞船,从地球出发,在太空遨游一圈之后返回地球。使人瞠目结舌的怪事发生了:他的弟弟已是两鬓斑白,皱纹满面的古稀老人,而他自己却还是一个十七、八岁的英俊青年。
这当然是一个幻想故事,因为我们现在的运载工具的速度比光速小得多,即使是飞行最快的宇宙探测器,也只有每秒几十公里的速度,远不及光速的每秒 30 万公里。
但是,在基本粒子世界,这已不是幻想了,而是由实验观测到的事实。根据相对论观点,运动粒子的寿命(Δt)要比该粒子静止时的寿命(τ) 长,两者的关系是:
τ
Δt=
式中 v 表示粒子运动速度,c 为光速。
对于一个速度较小的粒子,由于
1 − (v / c) 2 ≈1,这种效应极其微
小,我们根本观测不到,因此,在日常生活中我们并没有感觉到这种效应的存在。但对基本粒子世界就不一样了。由于基本粒子的速度极高,可以非常接近光速,因此,这种时间效应也就极为明显了。例如实验测定静止μ子的平均寿命为 2.197×10-6 秒,因此,即使它以光速运动,它也只能
跑过 660 米,可是在实际观察中,它跑得比这一路程远得多,假设μ子以0.9966c 的速度运动,则:
τ
Δt= = 12.14τ
即以这一速度运动的μ子,其寿命比原来长了 12.14 倍。这样,μ子跑得
比 660 米远得多也就不难理解了。
当然,基本粒子的这种寿命延长,是否也适应于生物,这还需要科学家们作出极为艰苦的探索。