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一场真实的双生子太空人实验澳门威尼斯:

四月 16th, 2019  |  科学

原标题:一场真实的双生子太空人实验

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你知道「双生子佯谬」吗?

有一对双生兄弟,一个登上宇宙飞船去做长途太空旅行,而另一个则留在地球。结果当旅行者回到地球后,他发现自己比留在地球的兄弟更年轻。

这是个著名的有关狭义相对论的思想实验,或许你现在看到这条佯谬(意思是「看起来是错的,实际上是对的」)会不置可否地说「不就是因为时间是相对的嘛!」,但在一百年前的科学界,这样的新思想无异于世界观爆炸。

牛顿运动定律才让人们放弃了「绝对位置」这样的固有观念,爱因斯坦的相对论又残酷地宣布,对于「绝对时间」也别奢望了——1915
年之前,空间和时间被认为是整个宇宙的固有属性(现在你是不是仍然这么认为?),不会受到事件发生的理想,很自然地无限向前延伸。

一个没有任何固定坐标系和锚点的世界,是不是混乱到让人害怕?可这就是我们的宇宙。

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担心严肃知识把普通读者都吓跑了(文末有拓展部分,感兴趣可参阅),赶紧进入有趣的部分——NASA
真的做了一个双生子实验!

实验的主角之一,你或许早已听过他的名字或看过他的摄影作品:Scott
Kelly,那个在太空中呆了一年的网红宇航员。

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↑ 你看到的许多地球美图,都是来自于他

Scott Kelly 在太空里呆了 340 天,绕地球 5440 圈,看了 10944
次日出日落,在空间站里种植太空蔬菜、打水乒乓球、耍杂技…

尤其,他还是一个辛勤的新媒体小编,同时经营四个社交媒体账号:Twitter,
Instagram, Facebook,
Tumblr,每天坚持发早晚安配合太空美图(可能还是因为太闲吧)。

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澳门威尼斯,Sometimes a little light makes all the difference!

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Sunset returns! Perfect end.

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Enjoying the fruits of labor, literally.

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#Italy and the #Alps last night were breathtaking!

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#Bahamas, the strokes of your watercolors are always a refreshing
sight.

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#Moonrise is upon us.

但很多人不知道,他还有一个同卵双胞胎兄弟 Mark Kelly~

Mark 同样也曾是一名宇航员(NASA
官方:我们为什么要做这个实验?就是因为碰到双胞胎宇航员太难得),早已于
2011 年退役,现在主要负责地面的控制工作,所以负责留在地球做观察对照组。

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↑ 唔,为什么不太像

所以在 2015-2016 年,NASA
同俄罗斯宇航局共同开展了这个「一年计划」,把同卵双生子中的一个扔到国际空间站呆一年,回来对比两人的
DNA,看看会产生什么变化!

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↑ 左边是留在地面的 Mark,右边是上天的 Scott,他们的 DNA
图谱几乎完全相同,两人提供了很多生物样本,如毛髮、血液、唾液等用于研究

短短一年中,真的有变化发生!

🎆首先,基因大爆炸

首席研究员 Chris Mason
是这么描述的:「人体进入太空后,我们看到了成千上万的基因在变化,它们会改变开启和关闭的状态,就像烟花在爆炸一样。返回地球后,有些变化还会短暂持续一段时间。」

具体来说,研究人员发现 DNA 甲基化的情况在增加,这是 DNA
修饰的一种形式,能在不改变 DNA 序列的前提下,改变遗传表现。

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👡 最明显的是:长高了超多!

如果你一年后想参加超模选举大赛,迫切需要临时增高(又恰巧非常有钱),你可以选择:上太空度假一段时间。

从太空归来后的 Scott 长高了整整 5 厘米!

这得益于国际空间站的微重力环境——人的脊椎可以在重力较小的情况下伸长,不过心酸的是,回到地球后身高会慢慢恢復正常,但通常还是会稳定增高
1-2 cm这样。

此外,身体上还会有些负面影响:肌肉萎缩、骨密度降低和视觉恶化。宇航员在空间站中必须经常进行体力锻炼,抵抗这些变化。

在无重力环境里生活确实是一种奇妙又充满未知风险的体验,曾在阿波罗号飞船执行任务的一名宇航员后来回忆,当他进入太空后,完全感觉不到自己四肢的存在。

👬 年龄差异变化确实有,但时间不久

由于引力场的差异和宇宙的时间膨胀,Scott 的时间线比一直待在地球上的 Mark
的时间线迟缓了 6 分钟 13 毫秒。

可惜 NASA
并未公布二人出生时的时间差异,或许已经出现了弟弟翻身变哥哥这样的情况。

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#Moon #Venus #Jupiter…#Earth Good night.

🔬 基因的变化:在太空中不容易老

今年年初,NASA 宣布他们发现 Scott 的 DNA
发生了一些昙花一现的变化:在太空中,他的细胞染色体端粒变长了,可是回到地球后又迅速恢复到了正常值。

端粒是染色体末端的重复序列,会随着人的年龄增长而缩短。染色体每复制一次,端粒就缩短一点;端粒消耗完了,细胞也就走向死亡。

Scott
在太空中染色体端粒变长,简直像是返老还童!(怪不得两个看起来年纪有差异)

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插一个番外新闻,Mark
说他们参与这个项目得到的报酬很低,他本人的收入是每小时 10.5 美元。

听起来时薪确实不高,但我粗略按 340 天算了一下:340*24*10.5=85680
美金。

那可是将近 57w 人民币啊!还不多!真希望我也有一个双胞胎!

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🔭

进入严肃知识时间

解释一些前文提到的专有名词

– 狭义相对论 –

是由爱因斯坦、洛仑兹和庞加莱等人创立的,应用在惯性参考系下的时空理论,是对牛顿时空观的拓展和修正(如果承认「真空光速独立于参考系」这一实验事实为基本原理,则可以建立起一种新的时空观)。

很难概括,概括了也很难看懂,就不多写了。

– 思想实验 –

对于例如「双生子佯谬」这样的问题,不需要做过多的思考,因为这只是思想实验,即使用想像力去进行的实验,所做的都是在现实中无法做到(或目前无法做到)的实验。

其他知名的思想实验还有:双缝实验、薛定谔的猫、忒修斯之船、庄周梦蝶、囚徒困境、戴森球等等,如果感兴趣,可以之后单独整理一个「思想实验」专题。

– 时间膨胀 –

时间膨胀是一种物理现象:假设两个完全相同的时钟,拿着甲钟的人发现乙钟比自己的走得慢。这现象常被说为是对方的钟「慢了下来」,但这种描述只会在观测者的参考系上才是正确的。

引力时间膨胀不是相互性的:塔顶的观测者觉得地面的时钟走慢了,而地面的观测者觉得塔顶的时钟走快了。引力时间膨胀效应对于每个观测者都是一样的,膨胀与引力场的强弱与观察者所处的位置都有关系。

根据时间膨胀效应,太空人在相对于地球上的观察者以极高速运动的飞船内时,对于地球观察者而言,尽管地球已经经历了很长的岁月,飞船内的人却没什么老化,因为极大的速度会使飞船(和里面的所有物体)的时间减慢。

所以,住在高海拔处的人老得更快吗?

是的,住在高楼层里的人也会老得更快。

但是高度差所造成的时间差异非常小,你是无法明显察觉到的:在大约人一生的
79 年的时间里,只会造成约 900 亿分之一秒的差别。

来源:Morning Rocks返回搜狐,查看更多

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