如果驾驶亚光速飞船，飞行一分钟后再返回地球，还能见到家人吗？关于光速的问题

关于光速的问题，始终是人们津津乐道的话题，因为光是大家生活中常见的一种物质，而按照狭义相对论，光线传输也是宇宙中运动速度最快的现象，如果能以光的速度行进，则在其所处的惯性参照系中，将产生一系列奇妙的结果，这里面的时间膨胀效应尤为受到人们的关注，催使人们形成了各种各样的疑问，今天我们就来分析一下如果能够驾驶一个接近光速飞行的飞船，在飞行一分钟后返回地球，地球在此过程中时间流逝的问题。

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爱因斯坦在提出狭义相对论时，有两个基本的假设前提，其中一个就是著名的光速不变原理，即在所有的惯性参照系中，观察光线在真空中的传播速度，都将保持着一个恒定的数值，即30万公里每秒，这个数值不会因观测者所处的是哪一个惯性参照系而改变，也不会因观测者、目标物体的移动而改变，只要满足惯性参照系的条件即可。

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【如果驾驶亚光速飞船，飞行一分钟后再返回地球，还能见到家人吗？】根据狭义相对论中关于运动的表述形式，我们可以看出任何一个物体，在一个惯性参照系中的运动，都会对所处的时间和空间产生一定影响，物体的运动速度不同，这种影响程度也会不同，也就是说在不同的惯性参照系内来进行观测，那么由于物体的运动所造成的时空改变不具有一致性。根据洛伦兹变换，我们可以用数学的方式来描述物体的运动，对于时间和空间改变的影响。

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从物体与观测者之间的相对运动来看，在两个惯性参照系下，物体的不同运动速度之间，存在着如下的对应关系，即：v/u=1+(1-v^2/c^2)^(1/2) ，这个关系式不同于经典动力学中的伽利略变换，后者只是单纯的数值累加，相对论条件下，物体的运动“叠加”速度，既与在一个惯性参照系下的“初始”速度有关，也与光速有关，无论这个物体在惯性参照系下的运动速度有多快，其最终的“叠加”速度都不能超过光速。这也是为什么理论上两个相向而行的光线，从一个光线上看另一个光线的运动速度也是光速c、而不是2倍c的原因。

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在此基础上，可以得出狭义相对论下的两个著名推论，一个是尺缩效应，另一个是钟慢效应，它们分别对应的是在高速运动状态下，在不同惯性参照系内，物体移动所通过空间距离以及时间流逝的差异。拿钟慢效应来说，处于两个惯性参照系内的时间流逝速度之比为：T’=T*(1-v^2/c^2)^(1/2) ，通过这个公式我们可以看出，飞船的运动速度越快，在飞船所在的惯性参照系内观察时间流逝速度虽然正常，但对于从地球等其他并未发生明显位移的惯性参照系内来看，飞船上的时间流逝速度越来越慢了，反过来觉察地球上的时间流逝速度要比飞船上得快。

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以上就是钟慢效应产生的原因，它所表达的是两个惯性参照系内时间流逝速度的对应关系，无论是从观测者来说，还是在光速飞船上的人来说，它们本身处在的惯性参照系内的时间流逝，分别是两个独立的过程。如果它们之间没有信息联系的话，那么从地球上看飞船上的人，感觉飞船上的时间过得慢甚至停滞，那么反过来一样成立，地球相对于飞船也处于光速运行，那么光速飞船上的人看地球上的人，一样也是感觉他们时间过得慢甚至停滞。这样就会产生一个悖论，那就是如果以光速飞船飞行一段时间后，到底是谁变“老”了呢？

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要解释这个问题，还得明确一个概念，这也是狭义相对论中反复强调的问题，那就是相对论成立的条件，必须是在惯性参照系内，即两个参照系物体的运动，必须是处于静止或者匀速运动的状态，如果在任何的一个参照系发生加速或者减速，那么无论是空间还是时间的相对性都会发生改变，就不会再适用狭义相对论了。如果以光速飞船离开地球之后不再回来，那么无论是从哪个参照系来看，它们的时间流逝速度都是相互独立且不互相影响，也就是不发生信息交流，地球上的人、飞船上的人该怎么着还是怎么着，没有什么对比产生。