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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 。
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 。
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 。
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 。
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 。
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？
【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？】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 。
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