宇宙飞船以光速飞行100光年,飞船内的人是否只过了一瞬间?

my19861115


答:是的!如果你的飞船能无限接近光速,而且飞船本身没有使用空间曲速技术的话,那么飞船内确实就是一瞬间。


这是相对论效应的结果,狭义相对论指出,参考系的时间流逝速度和物体运动速度有关,而且宏观物体的速度不能达到或者超越光速,只能无限接近光速。

根据时间膨胀公式,物体运动速度越快,时间流逝速度越慢,两者的关系和一个叫做洛伦兹因子γ有关:

在物体运行速度远低于光速(30万千米每秒)时,洛伦兹因子近似等于“1”,时间膨胀效应不明显。


当物体的运动速度增加到:

(1)0.8倍光速,时间慢1.66倍;

(2)0.9倍光速,时间慢2.29倍;

(3)0.99倍光速,时间慢17倍;

(4)0.9999倍光速,时间慢70倍;

(5)0.999999倍光速,时间慢700倍;

(6)0.99999999倍光速,时间慢7000倍;

可见,当速度无限接近光速时,运动物体的时间无限减慢,直到几乎停止,这就是相对论的神奇结论之一——钟慢效应。


关于相对论的钟慢效应,已被很多实验证实,比如在1971年,德国物理学家利用高精度铯原子钟,就对其进行了高置信度的验证。

而且在我们使用的卫星定位中,高速飞行的同步卫星需要进行钟慢效应的修正,否则将产生很大的误差。

不过需要指出的是,广义相对论描述时空是可以弯曲的,于是科学家又设想了一种曲速引擎,利用空间压缩技术来实现曲速飞行,假如这种设想能实现,那么曲速飞行下的飞船,将不再受狭义相对论效应的影响。


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艾伯史密斯


首先,必须要指出的是,对于像宇宙飞船这样显然具有质量的物体,再怎么加速,也不可能达到光速,这就是狭义相对论的光速不可超越性。这是因为随着宇宙飞船的速度变得越来越快,质量也会随之增大,而质量在速度接近光速时将会急剧增加到无穷,具体如下图所示:

对于质量趋于无穷大的宇宙飞船,想要进一步加速是不可能的,所以光速是飞船的运动速度所无法达到的极限。对于其他静止质量不为零的物体也是一样的,它们的运动速度都只能低于光速。这里我们可以假设宇宙飞船的飞行速度为光速的99.99%。

此外,在涉及到相对论效应时,需要明确指出空间和时间是相对于哪个参照系的观察者而言,因为不同参照系的观察者所测得的时空具有很大的差异。如果地球上的观察者测得两个天体之间的距离为Δl,飞船上的观察者测得同样两个天体之间的距离为ΔL,那么,这两者存在如下的关系:

其中v是飞船相对于地球的运动速度,c是光速。

如果地球上的观察者认为宇宙飞船飞行了100光年,那么,飞船上的观察者会认为飞行距离为ΔL=100×√(1-0.9999^2)光年≈1.4光年。因此,地球上的观察者会认为飞船的飞行时间大约为100年,而飞船上的观察者会认为时间只过去了1.4年。

另一方面,如果宇宙飞船上的观察者认为飞船飞行了100光年,那么,他们所经历的时间大约就是100年。但在地球上的观察者看来,飞船的飞行距离为Δl=100/√(1-0.9999^2)光年≈7071光年,所以他们会认为飞船飞行了大约7071年的时间。


火星一号


这个问题跃跃欲试却又欲言又止,假设飞船以光速飞行,飞船内的人一瞬间也没有过。

在这里有两个参考系,飞船和地球。飞船参考系容易被忽略,导致很多人不理解时间怎么会静止。实际上以飞船作为参考系,是没有钟慢效应的,钟慢效应是在地球参考系得出来的结论。


此时的相对论效应是尺缩效应,以高速运动的物体为参考系,在物体速度方向上所有的距离都会缩短,光速时缩短为零。所以对于光速飞船来说,它经过的距离为零, 所经历的时间当然也是零。

以地球为参考系时,结论我们就熟悉了,在钟慢效应下,只是飞船的时间静止。以地球上的时间来作为参考,飞船以光速飞行了一百年,经过了一百光年的距离。


因此在地球的参考系,飞船行进了一百年,路程为一百光年。在飞船参考系,飞船行进路程为零,经过的时间也为零。问题实际上是把两个参考系的路程和时间杂糅到了一起。


飞鱼科普


很高兴回答你的问题。

关于狭义相对论一共两个前提条件,简单来说就是光速不变原理和物理规律不变原理。有静止质量的物体达不到光速,按照理论来说,可以无限接近光速(但实际很难能达到)。


按照题主所说光速飞船不符合狭义相对论,但是要想按照现有理论进行分析,以地球参考系来看,接近光速的飞船飞行100光年,地球观测者时间大于100年,根据狭义相对论公式可计算(感兴趣读者自行计算)出飞船上的时间大约几个小时,不是一瞬间,但是时间相比较来说确实很短。

(所有图片来源网络,侵删)

结语:主要是狭义相对论,时间膨胀效应。

微言浅见,祝好。


科学黑洞


爱因斯坦的狭义相对论告诉我们:如果你运动的越快,那么时间流逝的就越慢。而当你运动的速度等于光速时,时间就停止了。

但狭义相对论也告诉我们,如果把一个物体加速至光速,就需要非常多的能量,这些能量之多,以至于物体只能无限的接近光速,而无法超越。

现在我们假设,已经到达了光速,甚至进行超光速飞行,会发生什么事情?

很多人会认为如果超光速,时间就会逆转吧,也就是如果超光速飞行可以实现时间倒流,可以回到过去,当然在很多科幻影视作品中都是如此表现的。


但是有一个需要思考的事情就是有超光速飞行引起的宇宙因果律的变化,破坏因果关系,会产生很多悖论,但这些悖论是按照我们所遵从的物理世界分析所产生的,当然一切都是假设。

事实上超光速并不是不存在的,在量子力学中,有一种叫做量子纠缠的状态,可以被看作是一种超光速的信息传递形式,还有就是宇宙自身的膨胀也是超光速的。

但是对于普通的物质,比如一个人,是否可以实现超光速呢?如果可以,又会对他产生什么影响?他所看到的,所感受到的?又会怎样?对于一般物质的超光速是一个在数学理论上能够成立的假设,但超光速之后,那个物质(人)将会处于一种怎样的状态……



爱因斯坦的狭义相对论得出钟慢效应,我们可借助这个公式来计算时间的流逝,当你处在任何运动速度下都会有一个相对的时间,而当速度v再大,超过光速c时,得到的结果便是一个虚数,这是没用任何意义的。

但还有一个神奇的公式,提出者是和爱因斯坦同时代的托尔曼,作为上面公式的升级版,经过计算可以得出,当速度大于光速时时间流逝的一个解是负数。注意通过这个公式得到的结果是负数,而不是虚数,这就说明超光速是有意义的。(参考:理查德托尔曼,The theory of relativity motion,59:Velocities greater than that of light.)

但负的时间流逝是一个什么概念呢?

在物理学中有一个概念叫做反因果(retro-casuality),学术上把这种假象现象叫做:两个事件(因和果)中的时空距离相似空间,是一对镜像。



更加贴切的表示:这里的时间已经不再是我们平日里所理解的那个概念了,时间更像是一种实体化的空间,我们甚至可以随便的走动

,走回过去,走向未来,当然这也只是一个推测假说,理论上可行,而在科学界本身争议也有很多。


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DrGeek


根据爱因斯坦的相对论,任何有质量的物体的速度,只能无限接近光速,但永远不可能达到光速。所以只能这样说: 接近光速的飞船,飞到100光年以外的地方,相对于飞船内的人来说,只过了一瞬间。相对于地球上的人来说,已经过了100多年。

假如飞船以光速飞到100光年以外的地方,相对于飞船内的人来说,时间就是静止的,就是不需要时间,在宇宙中无限远的地方任意穿梭。相对于地球上的人来说,已经过去整整100年。

假如飞船以超光速飞到100光年以外的地方,相对于飞船内的人来说,时间就会倒流,就会出现今日出游,昨天归来的现象。相对于地球上的人来说,就是不到100年的时间而到达100光年以外的地方。

需要特别说明的是,等于或者大于光速的物体(飞船)在宇宙中是不存在的,只有质量为零的光的速度才能等于光速,也就是说坐在没有质量的光子火箭上,才能达到光速。


mcz107436431


又是一个与光速比快慢的问题!爱因斯坦要是能复活,看到如此多光速飞行甚至超光速的问题,肯定气晕了:我的狭义相对论都强调多少次了,任何有静质量的物体都不可能达到光速,为何还有这么多人痴情于光速飞行?

玩笑归玩笑,我们都知道不可能达到光速,但既然是假设,那就一起畅想一下!

飞船光速飞行100光年的距离,地球时间过去了100年,这很好理解,路程除以速度就能得出答案!

但对于飞船上的人呢?

狭义相对论告诉我们,速度越快时间流逝就越慢,如果飞船速度达到光速,地球上的人会看到飞船时间完全静止,也就是说时间一点也没有流逝,不是一瞬间,而是完全没有时间流逝。

至于速度回让时间变慢多少,有一个简单的公式很好地说明了这一点:

其中ΔT代表飞船上的时间,Δt表示地球上的时间,通过公式很容易算出飞船上流逝的时间为0,也就是永远的静止!而飞船外面的世界时间一直流逝,直到永远!

这显然不可能发生,也再次说明了任何有静止质量的物体都不可能达到光速,开始的假设也变得毫无意义!


宇宙探索


把速度v=c代入上式中,那么一切都是0,所以时间是静止,不是只过了一瞬间。


所以哥我猜想,如果实体物体速度达到光速,可能光速是个转变速度,物质不再受时间限定,寿命无穷大。如光子、电子;物质不在有形态,而是以波有形式存在,这时你就不能再加速了。因为没有了静止质量。只是猜想,不必当真。玩笑而已。因为佛、道均有预眼功,由于人体脑电波传输是等于光速的。所以时间膨胀,预测功能的人能预测未来。


癫济哥


是的,可以这么说,但是达到光速的飞船只能是一个想象,在这个宇宙中,有静质量的物体怎么都不会达到光速,更不用谈超越光速了,这是宇宙铁律。

而科幻作品中常常提到的超越光速,是利用时空的特性,并不是飞船真正的飞行速度超过了光速。

狭义相对论中提到了时间膨胀效应,相对你来说,运动中的时钟要比相对你静止的时钟时间走得慢,而且运动速度越快,时间流逝得就愈慢。

但是在狭义相对论中并没有提到过达到光速是什么情况,毕竟相对论的前提就是静质量不为零的物体不能达到光速,所以,达到光速,时间静止,只是想象。

如果驾驶着光速飞船,去哪里都不需要时间,对飞船驾驶者而言,都是一瞬间,瞬间即可到达目的地,不过对于飞船外面的世界而言的话,已经过去了很多年。

比方说,驾驶光速飞船去10000光年外的星球上,对于飞船驾驶者而言,没有花费时间,而飞船外面的世界,却实实在在的过去了10000年。


一枚游戏科幻迷


狭义相对论的本质,就是换一个参照系。不同的参照系,所得的物理参数显然不同。

必须指出:不同的参照系下物理参数,绝对没有可比性。这是最起码的逻辑常识。可笑多少书呆子,在这个问题上大放厥词。

洛伦兹变换因子的真实含义:γ=1/(1-v²/c²),其中,v是参照系原点的速度。按照牛顿动力学,v≡0。按照狭义相对论,v≡v。虽然二者异曲同工,但不可混为一谈。



例如,考察一列火车以v'速度的乘客(m)的动能。①若以地面为参照系,参照速度v=0,地面观察者觉得:乘客在运动,乘客的动能是E=E0γ=E0=½mv'²。

②若以乘客为参照系,参照速度v=v',地面观察者觉得:乘客是运动的,乘客动能E=E0γ=E0×1/(1-v²/c²),有E>E0。

③若以乘客伴侣为参照系,伴侣觉得自己是静止的,乘客速度v'=0,参照系速度v=v'=0,乘客的动能E=E0γ=0×1/(1-v²/c²)=0。

由此可见:以静态参照系,分析物系运动状态是最简单的,不必考虑洛伦兹变换。



回到本题。乘客随准光速飞船(v'≈c)的行程是100光年。①以地面观察者为参照系v=0,乘客时间t=t0γ≈t0×1=100ly/c=100年。

②以乘客为参照系,参照系速度v≈c,地面观察者觉得,乘客以准光速运动v'≈c,乘客经历的相对论距离是L=L0/γ≈0,乘客经历的时间t=L/v'=0.000...01秒。这在数学上无可厚非,但在物理上就是胡说八道。


③以乘客伴侣为参照系,伴侣觉得自己(相当于飞船)是静止的,即v=0,乘客的相对速度v'=0,乘客经历的时间:t=t0γ=100ly×1/(1-v²/c²)=100ly。依然是100光年。

综上,狭义相对论给了一个全新的时空视角,然并卵,旁门左道,反而混淆视听。回到绝对时空参照系,才是物理学的康庄大道!😂


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