如果以光速的99.99%飞行100光年，多久时间能到？
文章图片
文章图片
文章图片
文章图片
宇宙浩瀚无垠 ， 不同恒星系统之间的距离非常遥远 ， 目前的人类还无法进行星际飞行 。 倘若未来人类可以造出亚光速飞船 ， 我们就有能力飞越广袤的星际空间 ， 去往其他恒星系统 。
那么 ， 亚光速飞船可以让寿命有限的人类在宇宙中走多远？举个具体的例子 ， 如果以光速的99.99%飞行100光年 ， 需要多少时间？
这个问题从中学物理的角度来看似乎很简单 ， 不就是距离除以速度来算出时间嘛 。 由于1光年是以光速前进1年的距离 ， 很容易就能算出来 ， 亚光速飞行100光年所需的时间为100年多一点 。 然而 ， 爱因斯坦的相对论告诉我们 ， 事情并没有这么简单 。
相对论表明 ， 宇宙各个地方的时间流逝速率并不是绝对一致的 ， 跟参照系的选择有关 。 在速度越快或者引力越强的参照系中 ， 时间流逝速率越慢 。 根据动钟变慢效应 ， 当速度为v的运动时钟的时间走过了ΔT时 ， 相对静止的时钟所走过的时间为Δt ， 它们之间有着如下的关系：
上式中的c表示光速 。
由此可见 ， 当速度越快时 ， 动钟的时间ΔT越小于静钟的时间Δt ， 这意味着动钟时间走得越慢 。 而当速度无限趋于光速时 ， 动钟所走过的时间会接近于零 ， 这意味着动钟的时间几乎停止流逝 。 但动钟的速度不能达到光速 ， 否则上式的分母变为零 ， 公式将会失去意义 。
另一方面 ， 运动参照系所测得的距离ΔL与相对静止参照系所测得的距离Δl也是不一样的 ， 其关系如下：
【如果以光速的99.99%飞行100光年，多久时间能到？】
随着速度的增加 ， 运动参照系的距离会逐渐缩短 ， 这就是动尺收缩效应 。 当速度无限趋于光速时 ， 空间会随之收缩到接近于零 。 简单来说 ， 对于快速运动的宇宙飞船来说 ， 运动距离会缩短 。
由于相对论效应的存在 ， 每当谈及时间和空间时 ， 需要明确究竟是哪一个参照系 。 在本问题中 ， 100光年的距离要分为两种情况讨论 。
第一种情况 ， 100光年的距离是相对于地球参照系而言 。 举个例子 ， 土司空这颗恒星距离地球差不多100光年 ， 这是基于地球参照系测出的结果 。 如果宇宙飞船以光速的99.99%从地球飞往土司空 ， 那么 ， 地球参照系所测得的飞行时间会略大于100年 。 但根据钟慢效应 ， 宇宙飞船上的时间只过了大约1.4年 。
然而 ， 这并不意味着宇宙飞船用1.4年的时间飞行了100光年的距离 ， 宇宙飞船其实并没有超光速 。 这是因为对于宇宙飞船来说 ， 从地球到土司空的距离缩短为了1.4光年 ， 所以用亚光速飞行只要大约1.4年的时间 。 注意 ， 时间和空间要对应各自的参照系 。
第二种情况 ， 100光年的距离是相对于宇宙飞船参照系而言 。 在这种情况下 ， 宇宙飞船上的观测者会认为飞行时间为100年多一点 。 但对于地球上的观测者来说 ， 宇宙飞船的飞行时间达到了7071年 ， 飞行距离则是7071光年 。
总之 ， 当速度足够接近光速 ， 相对论效应变得不可忽略时 ， 时间和空间都需要选择对应的参照系 。 在各自参照系中 ， 都不会出现超光速 ， 时间都是正常流逝 ， 空间也没有收缩 ， 观测者感受不到什么不同 。 只是在比较不同参照系时 ， 就会发现时间和空间原来并非绝对一致 。
由于钟慢和尺缩效应 ， 只要宇宙飞船能够达到足够接近光速的速度 ， 人类可以在有生之年离开银河系 ， 飞越浩瀚的星系际空间 ， 前往遥远的宇宙 。
推荐阅读
- 只活17个小时的德国机器人，向3亿公里外地球传回了难以置信图片
- 90后小伙从银行辞职养了100多只鸵鸟：以前月薪一万多，家人很不理解
- 我国能否消灭塔克拉玛干，让沙漠变草原？如果真实现了是好是坏？
- 根据爱因斯坦的相对论推测，如果实现超光速，人类能穿越过去吗？
- 章鱼的智商到底有多高？章鱼可以统治世界吗？
- “你是独生女，以后还给父母养老，就别要彩礼了”可以！我有条件
- 新发现：太阳正以更快速度冲入银心，终将坠入黑洞！
- 安第斯山出现一种珍稀动物，身为食肉类哺乳动物，却以水果与花蜜作为主食
- 250年前东亚天空突然变红9天，如果是现在，至少损失14万亿元！
- 詹姆斯韦伯与哈勃的卫星图像：并排比较他们的图像——令人难以置信的图像细节差异