重力会影响身体的衰老吗?

11月15日

老人

拿着手表的老人

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问题

我听了你最近的播客,你问了一个问题,关于50年的木星之旅,以及与其他人类相比,对人类的影响是什么。

这个——还有很多很多关于爱因斯坦广义相对论的理论已经困扰我很长时间了。本质上这个问题是;如果你的速度非常快或接近一个巨大的重力,你的时间确实会变慢,但衰老也会变慢吗?如果是,怎么做?

让我换个说法;

假设我们让一个假想的史密斯先生靠近一个黑洞,在那里做一个一小时的假想播客。理论上,据我所知,一旦史密斯先生回到他的母星,他周围的一切都老了好几年(或类似的东西),但史密斯先生却没有。(我们先不考虑往返黑洞的旅行时间)

但史密斯先生的身体怎么可能在这次旅行中减缓了它的“自然”衰老过程呢?是我们体内的生物钟减慢了一切,还是重力的增加减慢了细胞和基因的速度?

很明显,这只是一个理论上有趣的游戏或想法,所以另一个问题是,这样想有意义吗?显然不是,但我还是很烦。根据爱因斯坦的广义相对论,我们身体的衰老过程能否在重力或速度增加的情况下减慢?

这是你精彩节目的一个问题!希望能引起大家的注意:)

你的真诚

Tuomo Seppala
一位来自芬兰赫尔辛基的忠实听众和科学爱好者

回答

克里斯·史密斯对开放大学的物理学家安德鲁·诺顿说:

嗯,托莫说的完全正确。这里有两种效应,我们在这里讨论的是相对论。我们讨论的是狭义相对论和广义相对论。而且,正如爱因斯坦在一百多年前第一次发现的那样,如果物体运动得非常快,那么对于快速运动的物体来说,时间就会变慢——这就是狭义相对论。如果你靠近一个非常大的物体,比如黑洞,那么时间就会在一个非常强的引力场中变慢——这就是广义相对论。这些都测量过了;我们在很多实验中都可以精确地测量它们。

如果我们以GPS卫星(全球定位卫星)为例,它们在地球上空大约2万公里的轨道上运行。现在它们在绕地球运行,所以它们的速度非常快,由于它们的速度,GPS卫星上的时钟在24小时的过程中会慢7微秒。

克里斯-七百万分之一秒?

七百万分之一秒,对,在24小时的过程中。这是一种效应,狭义相对论效应。但是,当然,GPS卫星也比我们离地球更远,所以它远离地球的强大引力,如果你愿意的话。由于这种影响,GPS卫星上的时钟在24小时内会快46微秒左右。所以这两种效应是相反方向的——广义相对论说快46微秒狭义相对论说慢7微秒,所以净效应是一个减去另一个。

至于是什么引起的呢?如果是卫星上的人,他们的生物钟会受到同样的影响吗?他们确实会。这与身体、时钟或卫星无关,是时间本身改变了它流动的速度。它并不一定以每秒一秒的速度向前流动,这是由于狭义相对论中的高速或广义相对论中的强引力场。

克里斯-但对你来说是。你是经历时间效应的人,所以对你来说,你的手表继续嘀嗒一,二,三。你觉得一年已经过去了,但是那些和你不在同一个框架里的人,对他们来说时间过得更快了吗?

安德鲁-没错,克里斯,是的。所以这是一个真实的效应,但是你感受到的时间是受你移动的速度影响的,受你相对于其他人或其他事物的位置影响的。它不需要另一个人。但时间并不总是以同样的速度流逝。

克里斯-彼得。

彼得:是的。如果你以一个飞行员为例,他一生都在飞行,我的意思是他一生要飞行多少英里?1亿英里,也就是每小时700英里。你知道它比站在地面上的人年轻多少微秒吗?

好吧,还是那句话,两种效果都有。它们运动得很快,所以由于狭义相对论,它们会变慢,但是它们也在高海拔,所以它们会加速,因为它们远离地球的引力。我还没有算出来,但我猜对飞机上的人来说,这可能和在卫星上的人有类似的影响,所以其中一种影响会超过其他影响。在离地球一定的距离上,这两种效应实际上会相互抵消。

克里斯:还有一个因素是,在大气层的高处,你会接触到更多来自太空的入射辐射。因此,飞行员和机组人员患癌症和淋巴瘤(白细胞癌)的几率更高。所以实际上,由于辐射的影响,存在着一种超前的衰老效应,这种效应超过了相对论的影响。抱歉扫了你们的兴,孩子们。

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