掌握相对论:为什么卢克和莱娅年龄不同

通过超空间旅行来探索遥远的行星听起来很好，但所有这些光速旅行可能会对我们如何体验时间产生一些不可预测和不寻常的影响。Heather Wark一直在剑桥大学的Harry Cliff和剑桥大学波斯学院的David Tricker的帮助下研究相对论。

希瑟:太空是一个非常大的地方，要想以合理的速度到达任何地方，我们要么必须欺骗和弯曲空间，创造穿越它的捷径，要么更现实地说，以极快或接近光速的速度旅行——这是理论认为我们能达到的最快速度。但以这样的速度在宇宙中飞行可能会产生一些不幸的副作用，尤其是对衰老过程而言。

首先，《星球大战》中的双胞胎卢克和莱娅·天行者在故事结尾时实际上会相差好几岁。为什么?因为爱因斯坦的狭义相对论……

哈利——狭义相对论的一个基本假设是，无论你移动多快，光速都是一样的。

Heather -剑桥大学物理学家，Harry Cliff…

哈利:当你以非常非常高的速度接近光速时，奇怪的事情就开始发生了。物理定律与我们在日常生活中所熟悉的定律大不相同。例如，时间以不同的速度运行，这取决于你移动的速度有多快，距离可以拉伸或收缩，一切都是相当不寻常和奇特的。

希瑟:确实是。因为如果我开着一辆以光速行驶的车，打开我的前灯，我就会测量出从我的车发出的光照亮前方的道路，以光速行驶。但是，一个警察在路边带着测速摄像机，他也会测量到我车里的灯光以光速接近他，而不是以光速的两倍。

这似乎是完全错误的，因为如果我让我的朋友刘易斯站在几码远的地方用他的飞镖枪射我，这比他骑着自行车朝我骑过来再射我要疼得多。

因为这次飞镖从一辆移动的自行车上发射出来，速度更快。如果我们在剑桥大学波斯学校的物理老师大卫·崔克的帮助下做一个更精确的实验，我们就可以证明这一点。

大卫:我们这里有一个手推车，上面有一个发射装置，这样我们就可以从手推车上垂直向外发射一个球。当小车静止时，毫不奇怪，球被垂直向上发射，然后又直线下降，落在小车上。

希瑟:现在，如果我们再做一次实验，让电车向前移动，把球向上发射，球仍然会落在电车上，因为球有电车的运动，也有它自己相对于电车的运动。

大卫:当小车移动时，球从小车的角度垂直向上发射。但是，当然，我们观察电车的运动可以看到球也在水平运动。这意味着当球上升时，它会再次下降并再次与电车相遇，所以它落在电车上。

希瑟-但有了光，这就不会发生了。对于任何观察者来说，它总是以同样的光速传播，这其中令人难以置信的含义是，当你以光速运动时，时间必须改变，以保持每个人的光速不变。

爱因斯坦意识到这种情况自己也会发生，于是他提出了一个名为“双胞胎悖论”的思想实验来探索它。又是哈利·克利夫……

双胞胎悖论的基本观点是，时间以不同的速度流逝，这取决于你移动的速度。假设你有两个同卵双胞胎，他们的年龄完全相同，其中一个留在地球上，另一个以接近光速的速度进入太空进行长途旅行。

然后，因为时间以不同的速度运行取决于你移动的速度，双胞胎在宇宙中旅行并回来，实际上，对他或她来说，比留在地球上的那个人花的时间要少。

所以我们假设这是《帝国反击战》中的卢克·天行者离开霍斯，前往达戈巴去见尤达。如果他带着手表，他在战斗结束后离开霍斯以接近光速的速度到达达戈巴，他会测量一定的时间。可能是几天之类的。但是，如果仍然在霍斯上的莱娅公主测量这花了多长时间，她可能会测量更长的一段时间，所以她可能会测量几个星期，或者几个月，这取决于卢克旅行的速度有多接近光速。

希瑟——事实上，在《帝国反击战》中记载的一次旅程中，莱娅最终会比卢克大两岁多，当他们最终团聚的时候。但这不是异想天开的理论;我们知道它发生了，我们有很好的实验证据证明爱因斯坦是对的。当我们快速旅行时，时间确实会改变，每次我们打开GPS设备时，我们都会利用这个事实……

这些GPS卫星绕地球运行;它们移动得非常快，所以它们的时间流逝速度和地球上的不同。GPS的工作方式是通过非常精确的时钟相互交流来交换时间信息。所以你必须考虑到这些影响。如果你不这样做，那么GPS基本上就会偏离而不是有几米的精度，它会在很短的时间内达到一英里或几百英里的精度，这将是完全无用的。所以你必须考虑到相对论如果你想让GPS工作的话。

希瑟-所以这一切都归结于相对论，也许这就是为什么《星球大战》中的演员现在看起来都那么坚韧。