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宇航員以光速離開地球一天,回來後地球會滄海桑田嗎?會物是人非嗎?我想這是學習相對論之後很多人的一個疑問。今天就給大家討論一下這個問題:
首先,在回答這個問題前,我們要明確宇航員以那種方式達到光速,如果是以曲速引擎的方式進行光速旅行,則因為飛船隻是前面壓縮時空,後面再伸展時空,所以總體來說飛船並沒有發生時間膨脹效應。也就是說,此時即便你以光速飛行,甚至超過光速飛行,你的時間都是和地球上一樣的,沒有相對論的時間膨脹效應。所以,即便你飛了一天,地球上也過了一天,沒啥變化。
當然,如果你的飛船科技還不太發達,只能稍許地壓縮和伸展時空,也就是說曲速引擎的速度提升並不很高,此時你可以先把飛船用傳統的能源方式提升速度至接近光速,然後再利用曲速引擎稍微一提速,速度達到光速。此時就得考慮相對論效應了,相關公式如下:
此時,假如通過傳統加速手段飛船的速度和光速只差百萬分之一(此時飛船質量是靜止時的2236倍),而曲速引擎提供了這百萬分之一的光速,那麼飛船上過一天,地球上就相當於過了2236天,大約相當於6年。也就是你覺得自己只飛了一天,但是回到地球上發現地球已經過去了6年。是不是很神奇呢?如果你飛個個把月,估計地球上你連認識的人都沒了。
當然,如果題主說的是地球過一天,而宇航員以光速飛後再飛回來,那答案就更簡單了:宇航員光速飛一天(地球時間),離開地球24*3600c,然後地球再過一天,宇航員就回來了。總共也就是地球過了2天時間,地球上啥也沒法生。當然,對於宇航員來說,如果是按照傳統速度(差百萬分之一沒達到光速)加曲速引擎提速的方式進行光速飛行,此宇航員僅僅過了40分鐘左右的時間。
至於想通過傳統的方式直接讓飛船達到光速,那不好意思,愛因斯坦相對論並不允許,此題無解。
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PhD肖
施鬱
(復旦大學物理學系教授)
首先,先要交代這個“一天”是哪一個參照系上的時間,如果是地球上的時間,那地球上就是過了一天。 想必題主的意思是離開地球的人(或者東西)的時間,如果是稱作宇宙飛船,就是宇宙飛船上的時間是1天。
其次,要說明是什麼東西以光速離開地球。只有沒有質量的粒子才能以光速運動。題主的意思應該是某個旅客乘坐宇宙飛船。那麼,對不起,你的飛船永遠也達不到光速!
好吧,飛船的速度也許可以達到光速的數量級,我們假設是光速的a倍吧(a小於1)。
第三,你需要回來,所以你不可能以光速一直離開地球。為了簡單起見,我們假設從地球上看來,你一半時間離開地球,一般時間返回地區。 中間需要掉轉方向,我們可以假設需要的時間可以忽略。
這裡就有個時間膨脹的問題。 在靜止座標系上觀察,運動物體的時間變長了,或者說膨脹了。如果運動速度是光速的a倍,運動物體在自己的參照系開來經歷了時間T,那麼在靜止參照系看來,時間是T乘以洛倫茲因子。這個洛倫茲因子是(1-a^2)^{-1/2}, 這裡符號^代表冪次,也就是說是1減去a的平方,然後開方,然後取倒數。
因為來回速度一樣,所以在地球上看來,來回時間一樣。在宇宙飛船上來看呢?好在因為來回速度一樣,來回的洛倫茲因子也一樣,所以在宇宙飛船上來開,來回時間也一樣,那麼也就是各半天。
由此得到,飛船上經過一天的來回,地球上經過的時間是:
(1-a^2)^{-1/2}天!
飛船速度越接近光速,也就是說a接近於1,這個時間越長。
物理文化與施鬱世界線
每當討論相對論的問題之時,首先需要明確時間和空間是相對於哪個參照系來說,因為相對論指的就是不同參照系對於時間和空間有不同的認識。另外還需強調一點的是,諸如飛船這樣靜質量不為零的物體不能以光速運動,其速度只可能無限趨於光速。
如果對於地球系的時間來說,飛船以接近光速的速度飛行一天再回來,那麼,地球上將會經歷一天的時間,並沒有什麼特別的。但對於飛船系來說,這趟旅程的時間不到一天,這就是狹義相對論的鐘慢效應。並且飛船的速度越快,飛船系所經歷的時間越短。而當飛船的速度無限接近於光速之時,飛船系所經歷的時間將會無限接近於零,對於飛船來說幾乎是瞬間完成這趟旅行。
如果對於飛船系的時間來說,飛船以接近光速的速度飛行一天再回來,那麼,地球將有可能早已是滄海桑田。這是因為如果飛船的速度足夠接近光速,鐘慢效應就會變得極為顯著,飛船系的一天時間可以抵上地球系的很長時間,可以是上萬年,或者是上億年。
火星一號
要達到題主這個要求,我們就不得不請出超人了,他是少數幾個可以達到並超越光速飛行的人。以目前人類的理論任何有靜止質量的物體都不能達到光速。所以只能進行一次幻想的實驗,超人就是這次實驗的主角,在老超人電影裡,超人就曾經不顧上帝的警告繞地球超音速飛行,使時間倒流只為救他車禍遇難的女友。
如果要超人認真的以光速飛出地球,首先要考慮的是地球能否承受這一衝擊力,超人一光速一拳的能量大約相當於三千顆廣島原子彈的能量。可想而知超人起飛時候跺一腳以推動其達到光速的能量估計要毀滅掉一個國家。
為了達到能夠回到地球的條件,超人必須微調其速度,保證時間倒流和正向流動的時間基本抵消只一個自然天。否則飛出去再回來地球已經今非昔比也沒有啥討論的意義了。這時候超人飛了一天打算降落,又以同樣的衝擊力進入大氣層,點燃了天空,並在地上自造了另一個大坑。一去一回,地球出現倆巨大的深坑。這就是結論。可能還會微調地球的軌道也說不定。
綜上所述,為了地球的生靈,還是希望超人別沒事幹光速老跑來跑去吧。
希望我的答案可以幫助到你,也歡迎各位留言與我討論。
王子傳
以光的速度離開地球一天再飛回來,地球會發生什麼?
假設性的問題,其實達到光速後,在以地面為參照物的飛船中時間已經停滯了,因此無論您在飛船上度過了一天還是一小時,對於地球來說,這個差距將會擴大到 ∞ ,也不復雜,我們可以拿筆來算一算:
當飛船速度接近光速時,適合洛倫茲變換,t為飛船上時間,t'為地面時間,將V=C代入時將計算出飛船上的時間為0,即在地面看來,已經處於停滯狀態。
因此當飛船進入光速時,無論飛船上的時間過去多久,對於地面來說都將無限長,因為公式將轉換成如下:
t'=t/√1-v^2/c^2= ∞
那麼事情將變得飛船簡單,當您在飛船上度過一整天回到地球后,也許您已經找不到原來地球,甚至太陽的位置將被一顆白矮星代替,更有可能您的星圖都得更新,因為仙女星系已經和銀河系合併,並且您還完美的錯過了它們的洞房時刻。
或者您看到如此的銀河&仙女,但可以確認您已經認不出來了,因為這不在您出發時攜帶的星圖裡!
星辰大海路上的種花家
從題目中可以得知,一個人駕駛飛船以光速離開了地球,離開地球一天的時間。
速度已經知道為光速c,關鍵是時間,這個時間是相對於哪個參考系的呢?
“離開地球一天再飛回來”,從字面意思上可以知道,這個時間參考系是飛船駕駛者,譬如駕駛者在飛船內部擺放一個原子鐘,或者是其它計數一天時間的東西,當然這個一天是地球上的一天,這個不能變。
飛船駕駛員興致勃勃的開著飛船遠去了,以光的速度。恰好飛夠一天了,此時他的位置在距離地球2592000萬公里處,那麼,他在駕駛飛船興高采烈的飛回來,同樣還是用掉了一個地球日。
當他回到地球時,他眼前的事物讓他眼睛一亮,完全的不敢相信,喲,怎麼回事?
地球上竟然已經不住人了?奇了怪了,人類跑哪兒去了?我不是才離開2天嗎?
不過,他認為的一天可不是地球人認為的一天,如果存在一個高級永生觀察者的話,他看到的飛船駕駛員好像比烏龜還慢,上個廁所都得需要花費上百年、上千年的。讓人大跌眼鏡。
飛船駕駛員又說了,我上個廁所明明只用了十分鐘而已啊,這他就搞不明白了,時間在不同的地方難道還不一樣了嗎?
是的,不一樣,比如你可以圍繞黑洞附近運轉,那麼那邊的時間就會很慢,太陽附近的時間流速要比地球周圍慢,同樣站在高山腳下,時間流速要比站在平原上來得慢,只是差別微小,人感覺不到而已。
此外還有速度可以影響時間流逝的快慢,你飛得越快,時間越慢,當接近光速時,時間幾乎靜止,當達到光速時,時間停止不流逝。
但並不代表著你可以長生不老(在別人眼裡,你是長生不老,自己眼裡不是,一切照舊),你感受到的時間流逝無差別,你還是你,身體按照常理衰老著,只不過的是,你處在這個空間內與外面截然不同,就像獨立開來的兩個世界,當你出來時,會發現世界已經大變樣,而你很驚訝,不要驚訝,一切盡在科學的掌握之中。
所以,生命在於運動,跑得愈快,時間流逝就愈慢,雖然效果非常非常非常不明顯,但總感覺自己比別人年輕了0.0000000000000000000000000000000000001毫秒。
一枚遊戲科幻迷
類似這樣的問題已經多次出現,基本上都以光速和“超光速”為背景,討論所謂的“回到過去”和“時間停止”的情景!
但事實上這樣的討論沒有實力意義,只能是腦洞大開而已。因為無論如何我們都無法達到光速,更別提超越了!
不過既然是假設,那就一起來暢想吧!
首先樓主提的問題有歧義,“離開地球一天”並沒有指出是哪裡的一天,如果指的是地球上的一天,答案很簡單,地球上就是過去一天,沒什麼特別的!
但這或許不是樓主想要問的,這一天應該是“以光速離開地球的飛船上的一天”!
根據愛因斯坦狹義相對論,速度越快時間流逝相對就越慢,如果達到光速時間將停止,這種“慢”和“停止”是相對的,比如說你觀察一艘以光速飛行的飛船,你會發現飛船上的人的時間將不再就是,上面的一切都處於靜止狀態!
而對於飛船上的人來說,他們並不會感覺到時間靜止,甚至不會感受到時間的流逝有任何變慢的現象!
如此一來,不要說離開地球一天,哪怕離開地球一秒鐘,對於地球來說都是一樣的結果,這個結果是什麼呢?
一切都將不復存在,包括宇宙本身!因為理論上地球上的時間會延續到無限長,延續到永遠,沒有盡頭!
而這顯然是不存在的,一切都將不復存在意味著光速飛行的飛船本身也不能倖免!出現了前後矛盾,悖論出現!之所以會出現悖論,就是剛開始的假設不成立,也就是不能達到光速,只能無限接近!
所以說,如果想達到光速甚至超越光速,首先必須推翻愛因斯坦的相對論關於時空觀的描述,而目前的很多精密實驗都證明了的相對論的正確性!
宇宙探索
一個是在靜態空間原子鐘,作為絕對參照系的速度v=0,對應的絕對時間叫“t0”。絕對時間,在測量技術上是一種理想模型。
一個是地球上的原子鐘,由於地球相對於空間的運動速度遠低於光速,可近似作為絕對參照系的速度v≈0,對應的相對時間叫“t地”。則有:t地=γt0=t0/√(1-v²/c²)=t0。
一個是飛船上的原子鐘,作為相對參照系的速度v=c,對應的相對時間叫“t船”,則有:t船=γt0=t0/√(1-v²/c²)=t0/0=∞,即飛船原子鐘不正常顯示符號“E-----”表示:原子鐘失靈,時間參量無意義。
最後提示:測量儀安置在不同位置,換句話說,採用不同的參照系,雖然測量值截然不同,但物理意義是等效的。不過,最終還得換算到絕對參照系下的測量值,即t0=t/γ才會有統一的認知價值。
物理新視野
地球依然是老樣子,一年365天,一年有四季,颳風,下雨雪。。。不管題主說的能否實現,是否合理,打開腦洞推演一下,其實什麼都沒變。
你光速的走了,
可你知道?
地球依然在光速以外待著,
你並沒有帶著她。
你光速的走了,
自以為離去再回來,
地球已經衰老,
而你還年輕。
你光速的走了,
自以為再回到地球,
會被地球人刮目相看,
你錯了,你只不過是昨天出了趟遠門而已。
詩畫同源
這個問題的重點是離開地球一天,地球會怎麼樣,地球還是老樣子啊,因為不管速度是多少,對於地球來說就只是一天。