假如飛船速度是百分之99.999999光速,去100光年外的星球,幾年能到?

隨便哈


看了幾個回答和評論,實際上答案已經很明確了的,之所以會出現如此多的爭議,還是對“時間”的理解存在差異!

實際上,把提問者的問題換一種方式來提問或許更容易理解:假如飛船以百分之99.999999光速飛行50光年遠,然後立刻再以同樣的速度返回地球(假設可以做到),飛船上的人會看到什麼樣的地球?

如此問題很多人理解起來會容易,也不會被光速和時間的相對關係繞來繞去,最終把自己都繞暈了!

愛因斯坦的相對論已經告訴了我們,速度會讓時間變慢,注意,這裡的變慢是相對的,並不是絕對的!也就是說,在地球上的你看到接近光速飛行的飛船裡面的人都會以慢動作上演,比如說,你平時打個噴嚏就一秒鐘的事,但看到飛船裡的人打噴嚏可能要話費一分鐘甚至更長的時間!這就是時間的相對性!理論上,如果飛船以光速飛行,你看到飛船上的人完全處於靜止狀態,時間停止!他做的每一個動作都會拉伸到無限長時間!

明白這點,就知道飛船以接近光速飛行50光年的距離再返回地球會看到什麼了,飛船上的人會“變年輕”,相對於地球上的“年輕”。而且如果飛船上的人飛行時能看到地球上發生的一切,會發現地球上的一切都會以類似電影中快進的方式運行著!

這種時間膨脹的效應也真真實地出現在我們每天的生活中,GPS定位系統就是利用的這種效應,科學家們必須調整衛星上的時鐘,否則GPS會完全失效,我們會被導航到溝裡去!

說到這裡,答案應該很清楚了,在地球上的你看來,飛船用了100年時間飛行了100年,而對於飛船上的人來說,他花費了更少的時間(具體多長就不計算了,其他回答已經給出了答案),這也是我為什麼飛船上的人回到地球后會發現地球上的人都變老了,而自己依舊年輕!


宇宙探索


這個問題的答案很簡單,在飛船的速度近乎能夠達到光速的時候,到達一百光年的時間根據最簡單的t=s/v,而s是路程,路程是100光年,速度是3乘以10的9次方米每秒,位要統一,一光年是光走一年的距離,大約是96400億公里,而每公里等於1000米。即100光年大約是9.64乘以10的17次方米左右,根據速度公式就可以求出時間。大約是

秒。而一年大約是3.15乘以10的7次方秒,

即飛船光速達到100光年之外的距離大約需要100年左右。

實際上,上述算法很蠢,原因很簡單,達到近乎光速,走完光走的一百年距離時間當然是一百年。但這是相當於地球人而言的。根據相對論的內容來說,沒有任何物質能夠達到光速,理論上都不可能,但是通過實驗可以知道在人類的科學理論上可以達到光速的99.9%,實際上現實中也有可以加速到99.9的粒子加速器,但這只是粒子,而不是任何人類能夠控制的物質,但在這個加速器裡面粒子時間確實變慢了。即相對論所說的,速度越快,時間越慢,因為光速是不變的,即速度是一定的,在相對變化的距離和時間來看,同樣的距離裡,速度越來,其時間越慢,這個時間是相對的,如果達到光速,則是在光速下的時間概念和地球上的時間概念完全不同。相當於“天上一天,地上一年”

問題回到原來的上面,如果人類真的造出了達到光速99.9%的飛行器,那麼加速到光速需要5到6年的時間,飛行器裡面的人時間會變慢,但並不是一瞬間,如果用6年的時間加速到光速的99.9%,那麼相對於飛行器裡面的人來講,穿越銀河系只需要85年。而銀河系的寬度大約是10萬光年,這麼看來,到達一百光年之外的時間只有大約0.085年,大約是幾天的時間,再次強調這是相對飛行器上的人來說。


鎂客網


愛因斯坦的狹義相對論指出,運動速度不同的觀察者測得的時間流逝速率是不同的,速度越快的觀察者,測得的時間流逝速率越慢。如果飛船以0.99999999c的速度相對地球運動(假定勻速),飛往100光年之外的星球,在地球上的人看來,這個時間就是t=s/v=100/0.99999999≈100.000001年。

根據狹義相對論,飛船上的人測得的時間與地面相差了一個洛倫茲變換√(1-v^2/c^2)。因此,在飛船上的人看來,以0.99999999c的速度飛行100光年所需的時間為:100.000001×√(1-0.99999999^2)≈0.014142年,折算成天數為:0.014142×365.25≈5.17天(天文學上使用儒略年)。

在地球上的觀察者看來,這趟100光年的太空之旅需要飛行大約100年的時間,但飛船上的觀察者只會感受到5.17天的時間,兩者差別巨大。這是因為飛船的速度極高,非常接近光速,由此產生的時間膨脹效應非常顯著。

雖然飛船上的人只用5.17天的時間飛到100光年之外,但這與光速不可超越並不矛盾。因為飛船的速度很高,長度收縮效應非常明顯,所以表現出的就是時間變慢。通過洛倫茲變換,可以保證光速在任何慣性系中都是一個恆定的常數,這就是狹義相對論的光速不變原理。

此外,如果飛船到達100光年之外的星球后,再掉頭飛向地球,當他們到達地球時,地球上已經過去了200年,而他們才過了10.34天,兩週不到的時間!這就相當於飛船上的人實現了時間旅行,去往了未來的地球。事實上,狹義相對論的時間膨脹效應已經被應用於實際生活中,其中最著名的就是GPS衛星校準。在地球軌道上高速飛行的GPS衛星,其攜帶的時鐘走得要比地面上慢,所以天地之間的時鐘需要進行校準才能同步。


火星一號


根據愛因斯坦俠義相對論,光速有兩個基本特性,一是速度不變,二是光速極限。

光速不變就是說光速在真空中每秒鐘為約299792458米/秒,為了計算方便,我們一般用每秒30萬公里,一光年9.46萬億公里的近似值來表示。這個速度在任何的參照系中是不變的,不管你兩個參照系是相向而行還是同方向而行,這個速度都不變;速度極限理論就是說在這個宇宙中光速是極限的,沒有任何物體的速度能夠大於光速,凡有質量的物體都無法達到光速。光子是無靜止質量的,所以光子才能達到光速。

這是由於速度越大動量就會越大,凡有質量的物體如果達到光速,質量就會變成無限大。

無限大就是整個宇宙加起來的質量也沒有這個物體質量大,這就成為了一個悖論。所以任何物體是達不到光速的,包括最小的物體,比如質子,在大型加速器裡,質子在強大的能量推動下,只能無限的接近光速,卻永遠也達不到光速。這就是由於著名的質能方程限制,表述為:E=Mc^2,而質速關係公式見下圖:

光速的特性說明了在我們這個宇宙,任何物體運行速度是無法達到光速的,只有光子由於沒有靜止質量才能達到光速。

狹義相對論還有一個時間膨脹效應理論,就是說在運動參考系中,時間是會膨脹的,表現為任何有速度的物體運行中都會產生尺縮鐘慢效應。

這種效應在低速中表現不明顯,但在高速中表現就非常明顯了,尤其在接近或達到光速的時候。這與聲波的多普勒效應相類似,但它們是有區別的,用公式表述為:

弄清楚了以上光速性質和速度中的一些特殊現象,我們就可以來回答乘坐0.99999999光速飛船,到達100光年的地方需要多久了。

實際上這是一個接近光速的速度狀態,所消耗的能量和運行質量也是十分巨大的,但理論上是可行的,不違背愛因斯坦的光速限制理論。我們要解釋的就是在這樣光速的背景下,不同參照系所經歷的時間感受。

毫無疑問,在飛船外面,我們看到一艘飛船以0.99999999光速飛向100光年的星球,當然是用100年除以0.99999999倍了,這樣到達的時間就是100.000001年,也就是差不多100年啦。而在飛船裡的人時間就會顯著變慢,根據尺縮鐘慢公式,實際上就是經歷了時間的一個洛倫磁變換,計算出飛船裡的時間只需要5.17天,也就是說,飛船裡的時間只過去了5.17天。當然這個計算忽略掉了提速和減速的時間。

這樣如果你35歲出發,你的兒子才1歲,你從100光年的星球返回,只過了10天多一點,而你的兒子已經201歲了,如果他還活著,生了一堆你的孫子的話,你就成了一個大族的長老了。

想一想,如果飛船到1000光年的地方往返的話,地球已經是滄海桑田了。如果速度越接近光速,這個時間膨脹效應越大。而到達了光速,在光速飛船裡的人時間就會靜止,就是你沒感到花任何時間,就到達了任何遠的地方。這或許就是古代神話裡說的天上方一日,世上已千年吧。

只不過任何物體是無法達到光速的,更無法超過光速,所以時間靜止和倒流就無法體驗了。

但時間膨脹的尺縮鐘慢效應人人都能體驗到,只不過平時的慢速度中,幾乎沒有感覺而已。科學家們用精密的儀器檢測,在飛機上攜帶原子鐘檢測到了這種效應。德國物理學家用高速粒子加速器實驗了3年,測到了精度在小數點後10位的時間膨脹效應。這些實驗證實了狹義相對論的正確性。

現在時間膨脹效應理論已經在一些領域得到運用,如在GPS定位系統、宇宙觀測中都有運用,如果沒有這個理論來修正誤差,就會出現定位不準和觀測數據誤差的錯誤。理論上住在高樓人的時間會比底層的要慢,但這個差別太微弱無法感受。


時空通訊


假如飛船速度是百分之99.999999光速,去100光年外的星球,當然是100多年到達了!

這個問題的題主貌似想挖個坑,迷惑答題者。但是你去100光年外的星球,就表示距離一定,那麼所用的時間就是等於距離除以速度,所以用100光年/0.99999999光速=100.000001年。因此這個問題和北京距離秦皇島300公里,你的車平均時速75公里,幾個小時到的問題一樣。300公里/75公里/小時=4小時一樣。

至於飛船上的人感覺過了多少年,在於他們有什麼樣的時鐘,如果他們還用的是地球上的時鐘,那麼就當然也是過了100多年,基本都掛了吧。除非在此期間,男女航天員又造出小航天員。地球上的時間當然也是過了100多年。

本題想拿光速作為一個干擾項,來影響答題者,但是既然還沒有達到光速,所以和平常的速度就沒有區別。所以問題就簡單了,時鐘也沒有什麼變化!


地震博士


答案是比較確定的,若大家有任何疑問都可在評論中提出。按照公式計算,飛船隻需要5.17天即可到底該星球。下面詳細說明,保證解決您的所有疑團。

首先必須假設該飛船是作的勻速直線運動,所以討論的都僅僅是狹義相對論效應。什麼叫勻速直線運動,準確地說是慣性參考系,可以這樣理解,飛船中的人感覺不到加速。比如坐公交時,急剎車,乘客就能感覺到加速。

所謂飛船以近光速飛行,是指飛船相對於地球上的人的速度。拋開參照物討論速度是無意義的。在飛船上的人,他如果不看外面,是完全感覺不到自己的速度的。這就好比我們完全感受不到我們地球在高速自轉和公轉一樣。

飛船用了5.17天到達那個星球,在這5天多中,飛船上的人感覺不到自己的鐘變慢了,也感覺不到衰老變快或變慢。它只是知道過了5天多,他就從地球飛到了那個星球。

在地球所在的參考系看來,飛船從飛過地球到到達那個星球,總共用了接近100年的時間。什麼叫“所在的參考系”,這是重點,圈起來,要考。因為地球人是看不到遙遠的星球發生的事的,一方面他視力沒有那麼好,另一方面,光傳播是需要花時間的。所以正確的做法是,地球人會委託那個星球上住的人來觀察,星球人看到飛船掠過星球的時刻減去地球人看到飛船離開地球的時刻,即是所用時間,大約是100年。地球人和星球人共同組成一個參考系。

這裡有兩個重要假設,就是地球人和星球的時鐘是嚴格對時的。關於如何對時,可以用中點光源法,也可以用以很慢的速度把一隻對好時間的鐘,慢慢移動到星球(可能需要幾萬年)。第二個假設地球和星球相對靜止,即相互之間沒有運動。

我們假設地球人和星球人是雙胞胎(當然這是不可能的,因為跑過去可能要幾萬年,如果以近光速飛行,則肯定會打破時間系統。姑且這樣假設吧)。地球人在看到飛船離開地球時,他10歲,那麼星球上那個雙胞胎看到飛船經過星球時,已經是110歲了。而兩個人聲稱看到飛船上的人時,卻發現飛船人沒有變老,大約只“老”了5天。順便說一下,星球人坐高速交通工具回去告訴地球人這個結果,地球人在得知結果時,已經是至少100年後了,那時候,地球人至少是210歲。

上面囉囉嗦嗦說了半天,大家千萬不要覺得麻煩,事實就是如此,必須異地測量,凡是認為地球人可以看到飛船人的所有動作的,都是沒有完全理解參考系的精髓。理解了異地測量的必須性,也就可以解決你以前的多數謎團了。同一時間,同一地點,測量才準確。否則,那就變成牛頓力學中的絕對時空觀了。

重點又來了,飛船人眼中看到了什麼?經過地球時,看到地球飛快地離自己遠去,地球的速度幾乎達到了光速。他覺得他自己是靜止的,地球正在以近光速運動。這也正是運動的相對性,地球人聲稱飛船人近光速,飛船人又何嘗不是認為地球人在作近光速運動呢?如果飛船人視力足夠好,或者用高速攝像機為地球照個相,他竟然發現地球不是圓的。地球在運動方向上被壓扁了,地球成了一個很扁很扁的橢圓。這就是運動的尺縮短。狹義相對論的基本常識。飛船人看到地球到月亮的距離只有54公里,而地球人聲稱地球到月亮有384000公里。當然運動是相對的,在地球人和飛船人擦肩而過的瞬間,地球人覺得飛船人好瘦好瘦,比竹竿還細。飛船人看地球人也同樣細的像竹竿。

為什麼運動的尺縮短?有很多理解方法。這裡給出其中一種。飛船人眼中的世界是:地球離自己遠去,星球高速地往自己衝過來,越來越近。飛船人在經過地球時,往星球方向發出一束光。你猜光多長時間到達星球?因為星球不斷接近自己,不斷拉進距離,所以光最後達到星球的距離就不需要100年這麼久了。結果就是,地球和星球構成的參考系認為光需要走100年才到星球,而飛船參考系認為,光只需要走5天多就可以到底星球。

總之,由於運動的尺縮短,飛船人感覺地球到星球的距離遠遠沒有100光年那麼遙遠。所以他5天多就飛到了地球人所在參考系認為的100光年那麼遠的地方。

最後一個問題,飛船人是否比地球人衰老的慢,比方說,是否地球人過了100年,飛船人才老5天。在狹義相對論中,即上面的假設中,這是絕對不可能發生的。因為本文開始接假設,飛船是勻速直線運動,也就是直線往前衝,永遠也回不了頭了,它永遠也不可能和地球人手拉手比較年齡了。注意,比較年齡必須在同一個地點,相對靜止。

聰明的你,可能馬上就想到了,難道飛船不能變通一下,掉頭再回到地球嗎?當然可以,但那就不是狹義相對論所可以解釋的了,因為掉頭過程中,產生了加速度。有加速度的系統,就要用到廣義相對論。結論是,飛船的人回到地球,變得更年輕了。但是,請務必注意,他之所以掉頭回到地球變年輕,絕對不是因為他的近光速運動,而是因為掉頭所產生的強加速度。他是以加速來獲得時間絕對延緩的。這個加速成本太大了,飛船人不得不接受非常強大的超重效果,會感覺自己變得好重好重,頭部嚴重失血。做過過山車吧,體會一下。飛船人若要使自己哪怕年輕10歲,所需要承受的加速,估計即使連全世界頂級的飛行員也承受不住。所以要年輕,是要代價的,這個代價不是高速,而是高加速。


犍為真人


不是說扯上光速的,就要想那麼複雜。以光速的百分之99.9999...飛到一百光年外的星球,用時估計也就比一百年多一點點吧,這個好計算的,時間的等於路程除速度就行。

光看題目還不夠,題主的描述才是關於相對論的我來複述一下:以這個速度飛行,那麼飛船內的人感覺過了多久呢?地球上的人感覺過了多久呢?

剛才開頭已經把地球上過當時間給出來了,就是一百年多一點。那麼這個飛船內的時間怎麼計算呢?按照時間延緩公式來算:

t和T分別代表的是飛船內和地球上的時間。把條件代入:v是0.99999999C,T是100年,求出來飛船內部的時間t是0.0141421356年,換算成天就是約5天時間。

不要吃驚,如果飛船的速度更快,那這個天數還會更小的。如果你在飛船上,當你達到目的地時,如果可能的話,你會知道你地球上的親人都已經過世,而你卻一點都沒有衰老。

當然了,目前是造不出怎麼高速的航天器的,因為根據質能方程和質量變化公式,航天器需要的能源基本是接近無窮的。我們只能把希望寄託於蟲洞旅行了。


賽先生科普


答:這個速度下,時間縮短7071倍,不考慮加速和減速過程的話,100年就變成了5.17天。


這是狹義相對論的直接推論,假如你瞬間加速到99.999999%c,運行到100光年外,那麼在你的飛船上過了5.17天,但是地球上卻過了100年;如果考慮加速和減速過程,會涉及廣義相對論,較為複雜。

狹義相對論指出,相對速度會影響時間流逝的快慢,叫做“鐘慢效應”,公式如下:



固有時間:指在某一參考系下,同一地點前後發生兩件事的時間間隔,又稱之為“原時”;在上面例子中,對應於宇宙飛船中經歷的時間。

但是飛船要達到如此高的速度,也是非常難的,需要輸入非常大的能量。


對於其他速度的比較,見下表:



其中起關鍵作用的,是公式中的1/√[1-(v/c)^2],這叫做洛倫茲因子(γ),和速度v的變化趨勢如下圖:



我們可以看出:


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