如果有人以亚光速飞行1年再返回,地球上的时间会过去多久


如果有人以亚光速飞行1年再返回,地球上的时间会过去多久
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这个问题涉及到了爱因斯坦的相对论 。 相对论禁止人以光速运动 , 因为人是有静止质量的 , 加速到光速需要无限能量 。 如果有人以足够接近光速的速度离开地球 , 然后再以相同速度返回 , 那么 , 地球上的时间会过去多久呢?
钟慢和尺缩效应
在相对论的框架下 , 时间和空间不再是绝对的存在 , 它们会随着观测者所在的参照系不同而发生变化 。 根据狭义相对论的钟慢和尺缩效应 , 参照系的速度越快 , 并且越接近光速 , 时间会变慢到趋于停止流逝 , 空间会被压缩到趋于零 , 具体公式如下:
如果有人以亚光速飞行1年再返回,地球上的时间会过去多久
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上式中 , ΔT和ΔL分别为运动参照系的时间和距离 , Δt和Δl分别为相对静止参照系的时间和距离 , v为相对速度 , c为光速 。
如果太空旅行者的运动速度能够达到0.866c , 当他在太空中飞行1年返回地球上之时 , 地球上的时间已经是两年之后 。 地球人会认为太空旅行者是在前年离开地球 , 而不是去年 。
如果有人以亚光速飞行1年再返回,地球上的时间会过去多久
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如果速度更快 , 时间膨胀效应越显著 , 例如 , 当速度为光速的99.9996252%时 , 经过1年太空飞行的人回到的将会是365年之后的地球 , 跟他同个时代的人早已不在人世 。 而如果太空旅行者以这样的速度飞行1天 , 地球上的时间将会过去1年 , 这可谓是“天上一天 , 地上一年” 。
究竟谁的时间变慢了?
不过 , 相对论表明没有绝对时空 , 也就没有哪个参照系更高级 , 所有参照系皆平权 。 既然如此 , 地球上的人会觉得太空旅行者因为运动而时间变慢 , 反过来 , 太空旅行者也会觉得自己是静止的 , 地球在远离他 , 所以地球上的时间会变慢 。 那么 , 究竟是谁的时间变慢了呢?
如果有人以亚光速飞行1年再返回,地球上的时间会过去多久
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如果有人以亚光速飞行1年再返回,地球上的时间会过去多久】事实上 , 上述问题讨论的时候已经忽略了一个非常关键的东西 , 那就是加速和减速的过程 。 太空旅行者乘坐飞船从地球上出发 , 需要不断加速才能达到亚光速 , 回到地球上又要进行减速 。 也就是说 , 整个过程都是变速运动 , 而上述的公式只适合惯性参照系 , 也就是匀速直线运动或者相对静止的情况 。 经过加速和减速之后 , 飞船成了非惯性参照系 。
由于太空旅行者需要力进行加速和减速 , 所以太空旅行者会真切地感受到惯性力 , 真正在加速或者减速运动的是太空旅行者 。 加速运动不是相对的 , 地球并没有加速 。 因此 , 时间变慢的是太空旅行者 , 而不是地球 。
1g加速运动
如果要在很短时间内加速到亚光速 , 所需的加速度非常高 , 人体根本无法承受 。 对于长期的太空飞行 , 加速度为恒定1g是最好的选择 , 因为这样可以模拟在地球上感受到重力的情况 。
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在进行太空飞行时 , 前半程可以用1g加速度不断加速 , 后半程再用1g减速度不断减速 。 通过这样的方式 , 其实也能实现远距离的星际之旅 , 因为钟慢效应也会变得非常明显 。
通过计算可知 , 如果以这种方式飞到1400光年外的开普勒-452b(有着“地球2.0”之称的系外行星) , 太空旅行者只要经历大约14年的时间 。 不过 , 对于地球上的人来说 , 太空旅行者飞到开普勒-452b需要1402年的时间 。