【菜科解读】

双生子佯谬，相信大家都应该听说过。

一对双胞胎，弟弟待在地球上，哥哥乘坐一艘飞船，以非常接近光速的速度离开地球，飞向太空。

飞行一段时间之后返回地球，届时哥哥和弟弟谁更年轻呢？

根据爱因斯坦的狭义相对论，速度越快时间就越慢，哥哥以亚光速飞行，哥哥的时间自然会变慢，所以等哥哥返回地球之后，会发现自己更年轻，弟弟“变老”了。

但由于速度是相对的，哥哥以亚光速离开地球，哥哥相对弟弟的速度是亚光速。

不过，在哥哥眼里，弟弟也以同样的速度远离自己。

所以对于哥哥来讲，弟弟变得更年轻了。

于是问题就产生了：哥哥和弟弟到底谁更年轻？这就是双生子佯谬。

所谓“佯谬”，看起来是一个矛盾，其实并不是矛盾，下面我们就来具体分析一下哥哥和弟弟到底谁更年轻。

刚才说了，任何速度都是相对的，有一个速度例外，它就是光速，光速就是绝对的，在任何参照系下，光速都保持绝对不变，这就是光速不变原理。

狭义相对论中的时间膨胀效应和尺缩效应等都是在这个原理的基础上推导出来的。

关于光速不变原理，就不再详述了，之前讲得很多了。

这里重点讲讲哥哥和弟弟相对速度的问题，还有非常重要的一点：惯性系。

爱因斯坦的狭义相对论有两个前提，除了刚才讲的光速不变原理，还有就是相对性原理。

何为相对性原理，通俗来讲，所有的惯性系都表现出相同的物理定律，而惯性系就是满足牛顿运动定律的参照系，也既是静止或者匀速直线运动的参照系。

双生子佯谬与惯性系有什么关系呢？关系太大了，因为狭义相对论推导出来的所有公式都是建立在惯性系基础上的。

再回到双生子佯谬，哥哥和弟弟谁处于惯性系呢？显然是弟弟，因为弟弟待在地球上，对于弟弟来讲，地球就相当于惯性系。

而飞出地球的哥哥并没有处于惯性系，他在离开和返回地球的过程中经历了加速和减速过程。

从这点上来讲，用时间膨胀效应来诠释弟弟的所见所闻，是适用的。

也就是说，在弟弟眼里，哥哥的时间确实变慢了，哥哥变得更年轻。

不过，文章一开始也没说错，在哥哥眼里，弟弟确实以亚光速飞行，所以弟弟的时间也确实变慢了，弟弟变得更年轻。

但有一个前提：哥哥永远不返回地球。

只要哥哥不返回地球，无论是在哥哥和弟弟眼里，对方的时间都变慢了，对方都变得更年轻。

那么，到底谁更年轻呢？总不能两个人都变年轻吧，这是不是矛盾了呢？

确实不矛盾。

因为哥哥和弟弟都是在自己的参照系里观察对方，两人处于两个不同的参照系，都拥有各自的本征时间，两个人都没有错，因为每个人只需要对自己的本征时间负责。

何为“本征时间”？通俗来讲，你口袋里随身装一个时钟，时钟显示的时间就是你的本征时间。

每个人都拥有自己的本征时间，每个人的本征时间严格来讲都是不一样的，但别人的本征时间与自己无关。

说白了，不用参照系下的时间对比是没有意义的。

只有哥哥和弟弟重新回到同一个参照系，再进行时间对比才有意义。

而当哥哥返回地球，两个处于同一个参照系下，结果就是哥哥变年轻了，而不是弟弟。

为什么呢？因为哥哥在返回地球的过程中一定会先减速再加速，减速加速的过程中就会产生巨大的惯性力，根据广义相对论的等效原理，惯性力与引力等效。

相当于哥哥经历了强大的引力场，而引力会让时间变慢。

哥哥就相当于在黑洞附近逗留了一段时间，再返回地球，时间当然会变慢。

可以看出，用广义相对论来诠释双生子佯谬会很简单。

用狭义相对论来解释就相当复杂了，因为狭义相对论只适用于惯性系，而哥哥并不处于惯性系中，所以并不能用狭义相对论直接解释双生子佯谬。

当然，非得用狭义相对论诠释双生子佯谬，也不是不可以，只不过会很复杂，需要把哥哥返回地球的过程不断分割，分割成很多短暂时刻，每个时刻都相当于一个惯性系，这种方法其实就相当于微积分的应用。

看到这里，你应该明白“光速飞行到底能不能永生”了吧？且不说我们不能以光速飞行，即便能够以光速飞行，也谈不上永生，因为你光速飞行的一瞬间，宇宙就过去了无限长的时间，意味着宇宙在你飞行的一瞬间就毁灭了。

连宇宙都不存在了，你还谈什么永生？

吞噬一切的宇宙深渊，黑洞引力藏着光速禁区

它拥有世间顶尖的引力束缚力，独特的视界边界划分出截然不同的时空领域，只要踏入视界范围之内，就连每秒三十万公里的光速，都没办法挣脱引力拉扯向外逃离。

今天就用闲聊述说的口吻，聊聊黑洞引力的奇特特性，讲讲视界的划分意义，理清为何光速都无法从黑洞内部脱身，一同揭开这片宇宙禁区的神秘面纱。

宇宙天体的引力强弱，一直和自身质量、密度牢牢挂钩。

普通恒星、行星的引力，只能束缚周边卫星与星际物质，物体只要达到对应速度，就能摆脱引力飞向深空。

而黑洞诞生于大质量天体的末期演化，巨型恒星燃料耗尽后，再也无法支撑自身庞大躯体，核心在自身重压下急剧向内坍缩，体积被无限压缩，密度飙升到难以想象的地步。

极致致密的结构，催生出碾压所有常规天体的超强引力，这也让黑洞拥有了独一无二的宇宙统治力。

从黑洞形成的那一刻开始，它就注定成为宇宙里特殊的存在，和我们熟知的星体运转规律彻底区分开来。

围绕黑洞存在一层无形的边界，这便是人们常说的事件视界。

它没有实体外壳，肉眼无法直接看见，却是一道无法逾越的分界线。

视界之外的宇宙空间，依旧遵循常规物理规则，光线、星体、宇宙尘埃都能自由穿梭，天体也可以依靠运动速度远离黑洞影响范围。

一旦物质、光线跨越这条无形界线，彻底进入视界内部，一切都会发生颠覆性改变。

黑洞恐怖的引力会牢牢锁定内部所有存在，再也没有力量能够带着物质脱离这片区域。

衡量天体引力束缚能力，有一个关键参照标准就是逃逸速度，也就是物体摆脱天体引力束缚，飞向宇宙远方需要具备的最低速度。

地球有着自身对应的逃逸速度，火箭突破临界数值便能冲出大气层奔向太空，太阳系里的各大行星、恒星，都有着各自固定的逃逸速度门槛。

黑洞打破了常规天体的速度极限，视界内部的逃逸速度直接超越光速。

光速是目前人类认知里宇宙最快运动速度，连光线本身都没办法积攒足够速度冲破引力牢笼，其他星体、星际物质自然更没有脱身的可能。

光线坠入黑洞视界后，无法向外反射、传播，我们没办法捕捉到黑洞自身散发的光亮，这也是黑洞漆黑一片、难以直接观测的根本原因。

任何闯入视界之内的物质，不管是庞大的恒星残骸，还是细碎的气体尘埃，都会被强大引力不断拉扯撕扯，最终向着黑洞中心奇点不断坠落，彻底消融在这片深渊之中。

超强引力不止禁锢视界内部的一切，也会剧烈扭曲周边时空。

靠近黑洞的星体运行轨迹会被强行弯折，光线途经周边空间也会发生明显偏转。

不少遥远天体发出的光芒，在奔赴地球的途中靠近黑洞区域，都会被引力改变行进路线，这也给天文观测带来了奇妙的视觉效果。

科研人员依靠光线弯折、天体异常运动等间接痕迹，一步步推算黑洞位置，测算它的质量与引力强度。

时至今日，人类依旧没办法近距离抵达黑洞视界实地探查，视界内部的时空结构、物质形态，还留存着大量未解谜题。

光速无法逃逸的特性，让黑洞成为宇宙天然的隔绝领域，里面的一切变化都无法向外传递信息。

黑洞凭借极致强大的引力，划定出超越光速束缚的视界禁区，成为宇宙中最神秘的深渊天体。

这份打破常规物理认知的特质，不断吸引着人类探索研究，随着天文观测技术持续进步，未来我们也会慢慢解锁更多黑洞隐藏的宇宙奥秘。

人类进入宇宙空间是趋势，未来可以超光速飞行？

怀特表示，一旦曲速宇宙飞船真正面世，只需两周便能到达距离太阳最近的恒星系南门二，南门二距离太阳约4.37光年远。

　　如此看来，因为生物学上与生俱来的脆弱性，我们是否会被永远地困在亚光速水平上?这个问题的答案将不仅关乎能否创造新的飞行速度纪录，也关乎人类这一物种能否进行星际旅行。

　　身体将成为短板　引力的方向都是垂直的，从头指向脚或相反，对于飞行员和乘客来说，这绝对是一个坏消息。

当引力为负值时，血液从人的脚部聚集到头部，导致头部出现肿胀的感觉(我们倒立时也会出现这种情况)，此时，人满脸通红，眼球充血。

反过来，当加速为正值时，血液从头部蜂拥到脚部，在极端情况下，人的眼睛和大脑会缺氧，从而出现视力模糊等症状，严重时可能会导致完全失明，这种情况在专业上被称为"加速度引起的意识丧失(GLOC)"。

　　一般人大约能承受从头到脚方向5倍重力加速度带来的影响，超出这一限度就会陷入昏迷。

而受过专业训练并穿着专业飞行抗压服的飞行员，则能在9倍重力加速度的影响下仍然意识清楚地操控飞行器。

总部设在弗吉尼亚州的美国航空航天医学协会的执行主管杰夫·斯文特克表示："短时间而言，人体能承受远超9倍重力加速度的影响，但如果持续时间过长，就很少有人能承受得了。

"　　所以，在未来提升宇宙飞行速度的同时，我们更多的是需要对宇航员的保护。

因为他们所承受到底耐力极限或将成为未来宇宙飞行速度的最终短板。