目前最快的宇宙飞船速度 宇宙飞船速度

飞船速度(目前最快的飞船速度)
虽然人类科技水平有限,但我们可以根据想象进行现实中无法实现的思想实验 。包括牛顿、爱因斯坦、薛定谔在内的很多物理学家都提出过著名的思想实验,比如牛顿的大炮、爱因斯坦的追光思想实验、薛定谔的猫 。
16岁的时候,爱因斯坦曾经想象过,如果追上一束光,他会看到什么 。这个思想实验为他后来创立狭义相对论奠定了基础 。本文讨论的题目源于爱因斯坦的狭义相对论 。如果一个人以光速飞入宇宙,一天后回到地球,还能见到家人吗?地球上的时间到底过去了多久?

如果从生活经验出发,这个问题的答案似乎很简单,在宇宙中往回飞一天,当然是地球上过去的一天 。但其实我们被所谓的常识蒙蔽了双眼 。相对论告诉我们,事情没有那么简单 。
根据相对论,时间并不是在宇宙各处都以相同的速度流逝,宇宙中也不存在绝对标准的时钟 。如果你对比两个速度不同的参照系的时间,你会发现时间的流逝有快有慢,在速度较快的参照系中时间变慢 。
比如高铁上的时间比地面慢 。时间到底慢了多少,取决于高铁的速度v 。狭义相对论给出了计算公式:

其中δ t为地面上的时间,δ t为高铁上的时间,c为true 空中的光速 。
因为光速接近每秒30万公里,远高于高铁,所以时间膨胀效应可以忽略不计 。假设高铁速度为300 km/h,一个人乘坐高铁一天,所经历的时间比地面上的人慢3.3纳秒左右,即3.3亿分之一秒 。

但是当速度接近光速时,v/c会接近1,会使时间膨胀效应非常明显 。另外需要注意的是,上述公式还意味着物体的移动速度不能达到光速,否则分母就失去了意义 。虽然物体的速度达不到光速,但我们可以讨论当速度接近光速时会发生什么 。
因为相对论否定了绝对时间的概念,所以每当我们谈论时间的时候,我们都需要知道时间对应于哪个参照系 。假设这一天的时间是飞船参照系的时间,当一个人乘坐99%光速的飞船飞行一天后返回,那么,此时,地球上的时间就过去了七天 。对于地球上的人来说,飞船是一周前出发的,但飞船上的人会认为出发时间是昨天 。

如果飞船以99.94443%光速飞行一天,一个月就在地球上过去了 。如果飞船以99.9996245%光速飞行一天,地球上一年就过去了,飞船上的人一天就过去了,但地球上的人已经成长了一年 。随着航天器的速度越来越接近光速,时间推移率的差异会迅速增大 。如果飞船持续一天,可以相当于地球上的100年、10000年甚至更久 。
所以,飞船里的人回到地球后能否再见到家人,完全取决于飞船的飞行速度 。如果宇宙飞船的速度足够快,地球早已是一片变化的海洋 。事实上,通过这种方式,飞船可以飞向未来的地球 。

值得注意的是,无论飞船飞得多快,飞船上的人都不会觉得自己的时间变慢了,一天又是一天 。但如果地球上有人通过天文望远镜观察飞船,他会发现飞船上的人移动得很慢 。只有对比时间的快慢才能知道差别,不能直接感受到时间是变快了还是变慢了 。
这里还有一个问题 。据说运动是相对的 。航天器相对于地球的快速运动,也可以看做地球相对于航天器的快速运动 。那么,这是否意味着地球上的时间在变慢?
其实不然 。从离开地球到返回地球,飞船需要经历加速和减速,而这种真正能加速的运动是绝对的,所以是飞船而不是地球让时间变慢了 。

日常生活中,两个速度叠加合成后会发生变化 。但是相对论表明光速是个例外 。如果从月球上发射出一束光,无论是飞船上的观测者还是地球上的观测者,他们都会测量出这束光的速度等于光速 。
爱因斯坦认为既然光速不变,那么其他原本被认为是绝对的物理量也会发生变化,而这正是时间(此外还有空) 。无论是光速不变,还是时间在膨胀,这些现象都已经被实验证实 。

人造卫星在太空中快速移动空,时间推移率与地面不一致 。如果要通过卫星精确导航定位,就需要消除相对论的时间膨胀效应,保持天地时间完美同步,这正是我们每天都要经历的 。
【目前最快的宇宙飞船速度 宇宙飞船速度】