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宇航員真的能在月球上待多少天

生活 更新时间:2024-08-19 13:11:18
時間的流逝

近年來不少國家都把載人登月重新提上了日程,希望有朝一日人類可以在月球上居住。如果人類在月球上生活,那這會是一種怎樣的體驗呢?

天上一天,人間一年,這似乎是我國許多神話故事中的一個設定 。那要是在月球,是否能夠像神話故事裡講述的那樣,并有着此番體驗呢?

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載人登月

雖然我們普通人到不了月球,但從某種程度上講,興許還真是這種體驗。這種“神仙”般的日子是怎麼來的?接下來會從科學的角度為大家解釋這種感受。

時間對我們日常生活中的每個人都有重要的影響,通過感知時間的流逝變化,我們給未來制定計劃,安排當天的行程。但你有沒有想過,這種時間從哪裡來?或者說為什麼會有這種變化?

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月球

其實關于時間的感受,相信絕大數人都是靠着手機或者鐘表來進行确認的。即便沒有這些東西,人們判斷時間的流逝則是以事物的變化和運動來判斷的

比如日出日落中物體的影子,夜裡月球的月相變化,但我們無論用什麼方式、什麼手段都需要一個參照物去辨别這種動态變化。

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月相變化

說到這兒,想必有不少人會聯想到愛因斯坦提到的相對論。相對論中揭示了物質與時空之間的關系,以及它們在不同運動狀态下的變化。

時空“錯亂”下的月球

狹義相對論中提到,對于慣性參考系中的觀察者來講,相對于他們移動的時間在測量中會比他們的參考系中靜止的時間慢。這種情況有時被稱為狹義相對論時間膨脹。這種變化會随着相對速度越快,彼此之間的時間膨脹越大。如果接近光速,時間甚至會減慢到停止。

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時間

由此在這個理論上,一個非常有趣的例子就是時間膨脹中的車輛,這輛車速度足夠快,那麼他們在短時間裡的運行,會讓他們進入“未來”。速度越快越明顯,車内一年的時間則是車外十年的時間

千萬不要覺得這是在瞎說,狹義相對論的這種例子已經被各種實驗反複論證,是具有實際參考意義的。現實生活中最經典的應用就是衛星導航系統。

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導航衛星

重力或加速度變化引起的時間膨脹,對地球上空的衛星就會産生微弱的影響。這種影響則表現為每隔一段時間,科學家就會糾正衛星上的時間差,雖然這種時間差非常小,通常隻有幾納秒或者微秒。

不過這種誤差也足夠對觀測和衛星同步造成影響了,現有的原子鐘即便非常精确,但也逃脫不了這種時間偏差。對于空間站的宇航員而言,相對速度的變化也會讓他們的時間變慢,不過這種變化幾乎可以忽略不計,因為時間太短了。

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地球上空的航天器

即使是在太空中生活過最久的宇航員,也就比地球上的人類在時間上快了0.02秒。所以回到之前的問題上來,這對在月球上生活的宇航員來講,這種變化是如何的。

從時間計算上來看,地球時間是以自身公轉和自轉得到的地球時間。常規意義上我們所說的時間是,也就是地球時間為24小時。較于整個天體系統來講,地球圍繞太陽公轉,從恒星自轉周期講,地球時間應該是23小時56分4點1秒。

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地球的自轉與公轉

而月球作為地球的衛星,由于潮汐鎖定的原因,月球自轉與地球軌道周期出現了一種同步現象。對于月球來講,它自身的周期相較于地球、太陽,它的恒星自轉周期在27.3天。

也就是說,如果宇航員在月球上呆一天,相當于在地球上度過近一個月,這雖然看上去沒有想象的那麼誇張,但仍會讓人感受到宇宙的神奇。

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載人登月想象圖

就時間而言,我們看待時間取決于一個參照物,這種參照對比下,月球确實是比地球慢了不少。準确地講,這是月球時間和地球時間。要想同步對比,還得把它們放在同一參照系中。

這時我們就要從廣義相對論上來講了,廣義相對論是引力的度量理論,同時在參考系上是非慣性參考系。廣義相對論中的時空屬性的變化是由重力影響所導緻,由于這種影響,時空出現的變化會反應在物體運動上,而物體運動也會反作用于時空之中。

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廣義相對論

這種由重力差異導緻的時空變化也使得不同高度的原子鐘會有不同的時間。現在再來看看地球和月球的引力,地球引力明顯更大,重力表現為月球隻有地球重力的六分之一。

這時你也許會說,既然如此,那在時間上,把1秒折合過去不就能計算出月球的時間差了嗎?廣義相對論可不是一兩個數字變換那麼簡單。事實上,如今整個宇宙模型都是以廣義相對論為基礎,還有其他各種引力作用和變化在影響着月球。

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如果想要計算到月球上的時間差異,可能得等到以後原子鐘在月球上的運行才知道了。不過有一點可以肯定的是,月球的重力作用還不足以改變整個月球時間的體驗,最多可能就幾納秒的差距

不然當年從月球上回來的阿姆斯特朗可能真的要穿越到未來了,除了黑洞這種純粹的引力作用扭曲出來的時空,很難有改變時間流逝的天體。

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深空原子鐘

時間是什麼?

那麼究竟什麼是時間呢?可以這麼說,時間既存在,也不存在。你的時間取決于你自己,這看上去像是一個哲學問題。直到今天,人們也沒有完全弄明白這種感知體驗是如何來的。

神經科學家一直無法确定大腦中的哪個部位是負責感知時間流逝的。但人類很聰明的一點在于,我們可以将這種抽象化的概念轉變為實際體驗。

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時間

并且在實際的時間估算中,還算比較準确。也許是直覺,又或者借助了參考,但無論如何時間感知這種概念非常複雜。無論是人類曆史文化中的形成,還是愛因斯坦的研究中。

另外在心理學上,内心體驗的變化也會讓我們的時間感知變得不一樣。最常見的表現為,當我們感受到快樂時,總會覺得時間流逝很快。而傷心難過時,這種時間體驗會被拉長放大

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快樂時對時間的感知很快

運動表現裡,人甚至會在高度專注的情況對時間表現出極高的敏感性,運動能力會變得更加優秀。特别是在一些高強度的對抗競技運動中,比如不少拳擊運動員都會有類似的經曆,這種高度集中的狀态讓他們能夠看清對手的出拳動作,就像是時間被放慢了一般。

但無論如何我們都知道,這種時間放慢是不可能的,并且前文已經說到,時間這種東西,本質上是一種時空概念,是運動變化本身。

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拳擊慢動作

科學界每天都會對這個世界産生新的看法,每一次新的發現可能都是對人類的一種考驗。生命體驗留存在這時間裡,使得我們能夠感知到周圍變化。

回到關于地球和月球的讨論中來,載人登月很快就會在未來5年得到重現。這時人們将會有更多的數據去對比地月之間的時間流逝。看向月球去,似乎一切都沒有任何變化,既然時間長短無法被改變,不過我們可以重新改變對時間的看法和态度。

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