人以光速离开地球一年，再以光速返回，那么地球上过去多长时间？ _奇闻异事

俗话说“天上一日，地上一年” ，在很多神话故事中，人们把超越地球空间范围的旅行确认为“天上飞行” ，在天上快速飞行一段时间之后，再返回人间，世上的时间尺度将与旅行者完全不一致，好像人间的时间被快进了一样。
其实，这些神话故事里所涉及的时间变化概念，在爱因斯坦相对论中得到了完美的证明。狭义相对论的两个基本原理，其中一个是相对性原理，即物理定律在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式，而另外一个就是光速不变原理：在所有的惯性系中，真空光速具有相同度量值，与光源的运动无关。而从第二个基本原理之中，爱因斯坦又推导出了当一个物体的速度越来越大，它的质量也会越来越大，运动的能量也就越大，但有一个临界点，即光速，而一旦到达光速，物体所具有的能量就会无穷大。

文章图片
有静止质量的物体为何不能被加速到光速
我们在中学物理中都学会牛顿力学，其中力学最基本的一个前提就是物体的质量，很多力学现象脱离了物体的质量就无从谈起，而物体的质量在牛顿经典力学中，是物质的最基本属性之一，它不会随着周围环境的变化而发生改变。
但是，在爱因斯坦提出相对论之后，物体的质量就变成了一个相对的概念。而在相对论中，将惯性质量和引力质量视为等效，认为物体的质量会随着速度的增加而增加，物体的质量越大，给物体加速所需的力就越大，其中会随着物体速度变化的质量被称为相对质量。

文章图片
相对质量的变化与速度之间的关系，我们可以用两个运动参照系中两个静止小球的碰撞来加以证明，根据碰撞之后相对两个参照系的动量守恒，即：
第一个参照系中mv=(m+m0)u ，其中m为碰撞之后小球的重量， v为两个参考系的相对速度， m0为原来两个小球的质量， u为相对第二个参照系的速度。继而可以得出m=m0/(v/u-1) 。
第二个参照系中-mv=(m+m0)u' ，其中u'为相对第一个参照系的速度。通过相对论中的速度合成公式u’=(u-v)/(1-uv/c^2) ，以及刚才两步中u=-u'代入其中，可以计算出(v/u)^2-2v/u+(v/c)^2=0 。将上式中的算式进一步求角，得出v/u=1+√(1-v^2/c^2) 。
【人以光速离开地球一年，再以光速返回，那么地球上过去多长时间？】将v/u的值再代入第一步的m表达式中，即可求得相对论质量公式：m=m0/√(1-v^2/c^2)从上面的公式我们可以看出，物体的运动质量与速度成正比，而且越接近光速，其质量增长得就越快，如果到达光速，算式中的分母就为0 ，运动质量就会无穷大，而达到这一速度也需要的能量也会无穷大，显然这在现实中是不可能出现的。

文章图片
相对论下的空间和时间转换问题
通过相对论的两条基本原理，爱因斯坦还推导出了在不同惯性参照系内，时间和空间不像同一参照系里那样具有统一性和同时性，这处于不同参照系的观测者来说，物体运动所经历的空间和时间都是会发生差异的。

文章图片
尺缩效应：对一个沿运动方向的物体进行测量，其长度要比静止时要短，我们所选取的参照系运动的速度越快，则空间上的距离被压缩得越厉害，当速度达到光速时，长度就会变为0 。
钟慢效应：在不同的惯性参照系内，处于运动状态的物体，其运动所经历的时间，要比静止时所经历的时间要短，参照系运动速度越快，则时间被压缩得越厉害，当速度达到光速时，无论距离远近，所经历的时间都是0 。两个作相对等速运动的参照系内，我们可以认为互相存在着时间膨胀的现象。
对于处在不同参照系内的物体，运用洛伦兹变换可以推导出不同物体之间物理量的转换关系，拿空间和时间来说，其最终推导出来的变换公式为：
尺缩：ΔL＝ΔL’/(√1-(v^2/c^2))
钟慢：ΔΤ=ΔΤ’/(√1-(v^2/c^2))
可以看出，在狭义相对论中，对于不同惯性参照系内运动的物体，无论是运动质量、还是运动距离或者运动时间，转换之后的标量值都与运动的速度直接相关，而且越接近光速，这种标量的变化与原有物理量间的差值就会越大，只不过质量是向着无穷大方向变化，距离和时间是向着无穷少方向发展。