假如以光速離開地球,一小時後立馬光速返回,地球狀態如何?

內涵督察小組


這隻能是一個思想實驗。因為有靜止質量的物體是無法達到光速的,質子這麼微小的物質都無法達到,人類更無可能。

理論上,一旦進入了光速的物質,在它們那個慣性系裡,時空就縮小到了一個0點,時間就處於停止狀態。他們並沒有痴呆,一切感覺正常。

這樣時間只能以觀測者參照系來計算,就是在地球上看的人計時2小時。如果飛船裡的人按照地球時間把控1個小時去1個小時回,他自己感覺還沒有開始呢,就回來了。

而地球上的人作為觀測者參照系,會看到這個人兩個小時回來了,但由於光速太快,觀測者只會看到這艘飛船突然消失,突然又在原地出現。當然這是不考慮加速和減速過程,這種飛行是完全不存在的。

乘飛船飛行的人因為沒有消耗時間,所以會比地面的觀測者年輕了2個小時。

這就是所謂的尺縮鐘慢效應,也叫時間膨脹效應。在狹義相對論中,在不同的速度參考系,人們對時間的感覺是一樣的,時間依然一分一秒的流逝著。

但不同的參照系時間是不同的,速度越快的參照系中時間就過得越慢,但這種慢是相對低速系觀測者而言,他自己並不能覺察,只有兩個參照系會合後,才會發現一個更老了(低速系),一個年輕些(高速系)。

但這種差異只有在接近光速時才明顯,在一般的速度中很能覺察。比如一個人一生都在飛機飛行中度過,理論上他會比在地面沒坐交通工具的人要年輕,但這個年輕差距只有不到1秒鐘。

時間膨脹效應已經被科學家精確的驗證。

在德國達姆斯塔市研究重離子的GSI亥姆霍次中心,物理學家們用鋰離子做了兩個“時鐘”,一個移動時鐘,一個靜止時鐘。

物理學家們通過將鋰離子加速到光速的三分之一,製作了移動時鐘,沒有移動的鋰離子就相當是靜止的時鐘。然後通過測量兩個“時鐘”的電子在不同能級之間的跳躍,對比兩個“時鐘”所測得的數據,就精確的得到了時間膨脹的數據。

這個成果比過去研究精確度提升了50-100倍,又一次證實了狹義相對論關於時間膨脹理論的無比正確。很多國家的實驗室都做過這種類似的實驗,國際空間站上也通過太空原子鐘群體實驗對這個理論進行精確的驗證。

時間膨脹效應已經運用到了各種科學技術的開發中和我們的日常生活中,沒有這個理論,我們的生活將變得很不確定。

全球定位系統(GPS)衛星實際上就是軌道上的時鐘,在GPS軟件分析導航信息時,必須把極小幅度的時移考慮在內。每個 GPS 衛星時速為 1.4萬千米,根據狹義相對論,它的星載原子鐘每天要比地球上的鐘慢 7 微秒。

只有根據狹義相對論理論對這種時移進行精確的調整,我們今天的定位系統和天上人間的時間才能夠得到統一,我們的手機定位和導航才能夠精準,否則就會失之毫釐謬之千里。

尤其在星際遠航中和太空觀測中,時間膨脹效應具有更重要的意義,如果忽略掉了這個因素,所有的數據將謬誤百出。

現在一些人拿著反智反科學當聰明,不但否認狹義相對論,否定時間膨脹效應,甚至否認時間的存在,他們連時空是個啥東西都沒有一個概念,就敢反對相對論,實在是可笑可悲可憐可惡。

時空通訊觀點,歡迎點評討論。


時空通訊



這個問題有點意思。雖然說任何具有靜止質量的物體速度都不可能達到光速,但假如題主就是以光速離開地球,一小時後又馬上返回,地球狀態會怎樣呢?

估計題主潛意識中的想法是,時間膨脹將會造成地球上滄桑鉅變,回來時早已物是人非,淚眼朦朧。可惜這個想法並不成立。

首先題主以光速離開地球,不管多久回來,在地球上的人看來,一小時就是一小時,不會發生任何變化。

其次,樓主坐著光速飛船,“咻”的一聲去了太空旅遊,滿心歡喜回來時就直接到了未來,享受科學發展帶來的美好生活。但千算萬算,就是漏算了一點,當他以光速飛行時,相對論時間公式的分母變成了零,這意味著他的時間膨脹(變慢)到了無限,已經沒有時間這個概念了,如果我們非要給他這時候處於一種什麼狀態下一個定義的話,我傾向於用永恆這個詞。如果我們能在地球上看到他,那麼他已經處於完全的靜止狀態,就像落入黑洞視界瞬間的宇航員,我們只能看到他永恆的背影。他的時間是永恆,他不可能知道一小時是多久,也就無法在一個小時後返回地球,除非他的速度降到光速以下。

當然以上都是基於一個除式分母為零的推斷,沒有任何意義,這種狀態在這個宇宙中是不存在的。如果題主換一個方式提問,比如:一個人以光速的百分之99.999999……離開地球,一個小時後立馬返回,地球狀態如何?那麼我們就可以根據他的速度,準確地推算他將在多少時間後返回地球,從而可大致預測地球那時會處於一種什麼狀態。

(sorry,在手機上只看到提問標題,沒看到問題後面的說明,有點答非所問了)


徐德文O戴維科學


首先根據狹義相對論,這個前提條件是不能成立的,人或者其他靜質量不為零的物體所能達到的速度(v)都只能低於光速(c)。對這個問題的前提條件稍微改一下,如果有人以亞光速運動,那麼,這會出現怎樣的情況呢?

狹義相對論告訴我們,宇宙中不存在統一的絕對時間。如果對不同的參照系之間的時間進行比較,就會發現時間流逝速率並非統一。如果一個參照系保持相對靜止,比如地球,另一個參照系做相對運動,比如從地球離開的飛船,那麼,相比地球而言,飛船上的時間會變慢。假設運動參照系的時間為ΔT,相對靜止參照系的時間為Δt,那麼根據鐘慢效應可得下式:

假如飛船以0.99999996c的速度離開地球,並在一小時後以相同速度返回地球。這裡還有個問題,這個一小時的時間是哪個參照系的時間,不同參照系會得出不同結論。

如果這個一小時是相對於地球,那麼,地球觀測者會認為飛船的太空之旅耗費了大約兩個小時。根據上式計算可知,飛船觀測者會認為這段太空之旅的時間只有2秒。

另一方面,如果這個一小時是相對於飛船,那麼,飛船觀測者會認為飛船的太空之旅耗費了兩個小時。根據上式計算可知,地球觀測者會認為這段太空之旅的時間長達295天。


火星一號


如果光子有主觀的意識,那麼在它的眼中,是沒有時間的概念的。在它自己的時空框架裡,它可以在瞬間到達宇宙的任何一個角落。

t=t0/√(1-v^2/c^2)
相對論時間公式

這就是相對論描述下的我們宇宙的時空本質,在光速下,時間將失去意義。

所以從這個角度,以思想實驗的方式回答這個問題:可以說如果你能夠以光速離開地球,那麼在你達到光速的同時,地球做為一個物質實體,在你的時空框架中已經不存在了。


那麼如果不達到光速,而是以接近光速離開呢。那麼你離開一小時,再以同樣的速度回來,地球到底會是什麼樣子,就完全取決於你離開的速度了。還是根據相對論時間公式,可以很容易的由你的速度推算你的時間,對於地球參考系的相對時間。

比如你以80%光速離開,你的時間會比地球時間變慢1.67倍;你以90%光速離開,那麼你的時間會比地球時間慢2.3倍;你以99%光速離開,時間慢7.1倍。以此類推,你越接近光速,你的時間流逝越慢,而且會慢的越來越顯著。

當然如果你只以一個相對快的速度,比如50%光速,離開一小時再回來,地球上也就是過了大概1小時10分鐘而已,你也並不會感覺到有什麼顯著的不同,把表調快十分鐘就行了。


羅生物語


不知為何有如此多的問題熱衷於光速飛行甚至超光速飛行。愛因斯坦的相對論早就明確表明,任何有靜質量的物體都無法達到光速,更別提超越光速了!

既然是“假如”,那就跟著問題一直假設下去。首先問題中的“一小時”有歧義,是指光速飛行的飛船上的一小時,還是地球上的一小時呢?

如果是地球上的一小時,問題就很簡單了,離開一小時,返回一小時,返回後還是兩小時後的地球,這沒有什麼疑問!

所以,相信問題中的“一小時”應該指的是飛船上的一小時,也就是說,飛船光速飛行一小時後馬上返回地球,地球狀態如何呢?

地球早已不復存在,或者說飛船再也回不到地球!

因為根據愛因斯坦的狹義相對論,速度越快時間越慢(時間膨脹效應),如果飛船能達到光速,飛船相對於地球的時間流逝速度為零,也就是說飛船上的時間完全靜止,而相對的,地球上的時間無窮快地流逝!

所以說,飛船再也回不到地球了,因為飛船上度過一小時之後地球本身也將不復存在!


宇宙探索


在涉及高速問題上,避不開相對論。如果題中的一小時指的是飛船內部一小時,並且飛船是以無限逼近光速在飛行(不能達到光速),那麼地球上早已是滄海桑田。

在狹義相對論中有專門的一個公式來計算這個時間,總的來說一句話:速度越快的物體,它的時間相對於觀察者而言,就過的越慢。

要注意了,這個變慢是真正意義上的變慢,包括飛船內宇航員的新陳代謝等,只要速度夠快,越接近光速,那麼這個變化程度就越明顯,完全能達到飛船內1小時,地球上一萬年的程度。

但有一點,上述只是在討論勻速情況,而實際上飛船勢必要盡力加速和減速狀態

而在這種情況下,原先的公式就不能使用了。我們需要對其改進,只考慮直線加速的狀態,我們可以將路程分為無窮段,每一個極端路程內可以看做是勻速運動,也就可以用原先的公式,最後通過微積分手段得出加速狀態下的時間變化公式。

但即便如此,也依舊沒有改變速度越快,時間越慢的結論。

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賽先生科普


假如以光速離開地球,一小時後立馬光速返回,地球狀態如何?

看來大家對光速飛行還是非常感興趣,從這個問題來看,其實題主問的有兩種含義,第一種是地球上一小時後返回,另一種是光速飛船裡的時鐘過了一小時後返回!不要以為這兩個問題可以合二為一哦,不但不能合併而且完全是兩個結果差異巨大的問題!!

首先我們來看看以地球上看來一小時後會怎樣?其實從地球上看來一小時就是一小時,不會多出一分鐘,也不會少了一分鐘,回來說不定地球上的人已經吃飯中飯了.......

那麼在飛船上一小時後地球會怎樣呢?理論上光速飛船中的時間會被拉長至無限長,這個時間對於地球上的人來說已經趨於無限長,但飛船體系中的時間還是一樣過的,但每一秒對於地球都等於無窮的時間,因此如果飛船體系中的時間如果過去一小時的話,地球上也就過去了無數個被拉長至無限長的一秒而已!

因此等飛船上的乘客看著時鐘過了一小時後回來時,他們會發現地球可能找不到了,太陽系也許早已繞了銀河系數十圈,要命的是太陽也許都已經成了白矮星!因為被拉長至無限長的時間根本無法計算地球體系時間過了多久,一百年或者億年甚至更久都有可能!

那麼還想嘗試不?


星辰大海路上的種花家


答:時間是相對的,題目說的一小時,需指明是那個參考系的時間。


一、地球的時間

倘若指的是地球的時間。

那麼我們完全可以忽略飛船內的細節,一去一回就是2小時,地球也就過了2小時而已。




二、飛船的時間

倘若是飛船的時間。

那麼相對論的時間膨脹效應將起作用;無限接近光速的物體,時間也無限接近於停止;但宏觀物體不能加速到光速,因為那樣需要輸入無窮大的能量,所以只能無限接近光速。



根據相對論的時間膨脹公式,飛船內的時間相對於地球的時間,膨脹程度和飛船的速度有關。

在無限接近光速時,雖然飛船內只過了2個小時,但是地球可能已是滄海桑田,甚至太陽都已經熄滅,地球早已不復存在了!


相對論中的時間,就是那麼的無情;時間是相對論,可以被壓縮,也可以被拉長,但就是不能倒流;所以,時間真的非常寶貴!




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艾伯史密斯


很多人都喜歡討論光速或者超光速的問題,刻意忽略愛因斯坦的相對論不允許出現達到光速的問題。這裡既然由此一問,我們也就稍微探討一下超越相對論的光速領域。



因為相對論只能夠適用於光速以下的時空,所以如果出現光速運動的物體,那它就不在相對論甚至整個物理學的描述範圍內了。故而,我們只能夠進行一些合理的猜想或者猜測:

如果有質量物體速度達到光速,那麼時間對他就沒有任何意義,即超脫了我們的時空。

相對論認為速度越快,時間越慢。當速度無限接近於光速是,時間幾乎靜止。那麼再進一步速度達到光速,愛因斯坦的相對論無法給出答案。不過,我們可以進行類似於函數的解析延拓進行推理,結果就是光速時時間靜止。但是這樣會產生嚴重矛盾:如果時間靜止,那飛船上的人和一切物質不就完全停止運動了嗎?這和不確定性原理相互矛盾。而且,停止一切運動不就是死了嗎?



所以,這裡不能理解成時間靜止,而應該理解成時間不存在了,即不論飛船裡面的人做什麼,都不會影響他的存在;時間對他來說就好像不存在一樣,他可以萬古長存,永遠不會衰老。那麼再進一步設想,時間不存在,不就意味著他超脫了我們的時空嗎?就像裡面的男主角,落入黑洞之後進入了高維,發現這裡時間已經實物化了,他已經超脫於時間維度之外,甚至可以操控時間。



所以,最終以光速飛行的人會進入到一個類似於的黑洞時空裡面,這裡他完全不受時間影響。他可以隨意選擇自己的2小時是多長,可以隨意翻看地球時間,雖然不能夠回到過去,但是卻可以選擇回到地球時,地球已經經過的時間。這個時間可以是1小時,可以是2小時、5小時、1年、5年、100年、1000年、1萬年、無數年等等。


PhD肖


那得看你這個一小時是地球上經歷的時間還是駕駛員經歷的時間了,如果是駕駛員經歷的往返2小時,那麼地球是2小時後的地球。

這又是一個光速問題,首先表明,像飛船這樣的有靜質量的物體無法達到光速,原因也不想再去多說了。

所以,討論無法達到的事情,根本就是沒有結果的。

但,如果飛船的速度是0.999c,或是0.99999c,還是可以計算一下的。

當飛船以0.999c飛行,且駕駛員感受到時間過去了2小時,那麼地球上已經過去了44.7個小時;

當飛船以0.99999c飛行,且駕駛員感受到時間過去了2小時,那麼地球上已經過去了447.2個小時;

當飛船以0.9999999999999c(13個9)飛行,且駕駛員感受到時間過去了2小時,那麼地球上已經過去了4472135.9個小時。

所以,當飛船的速度越來越大時,地球上可能過去的更久,雖然駕駛員感受到的時間流逝依舊是2小時,但外界,就像地球,已是滄海桑田,過去了百萬年,甚至更久。

這就是速度與時間的關係,即時間膨脹效應。


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