假如從地球到10光年外的地方,飛船以光速飛行,飛船上人會不會瞬間就到了?

榮耀之巔1990


這種說法乍一聽讓人覺得會很怪異,如果可以光速飛行十光年,簡單的除法距離除速度那就需要十年的時間,那麼為什麼會有瞬間到達的說法?

在相對論之前上邊的說法就是對的,即使到現在絕對時空的觀念也是深入人心。狹義相對論認為物體的運動速度會影響它自身的時間流逝速度,運動速度越快時間流逝速度越慢,直到等於光速的時候時間就慢到停止了。


有個前提有靜止質量的物質達不到光速,所以說題中這艘飛船理論上達不到光速,當時我們可以讓它無限接近於光速,這種說法雖然現在的技術上達不到但理論可行。也就是飛船中的人經歷的時間幾乎是不流逝的,十光年的距離在地球上來看它光速需要飛行十年,但是飛船中的人可能連一秒鐘都沒有經歷過。


這就是狹義相對論的時間膨脹效應,在廣義相對論中引力的大小(時空彎曲的程度)也會影響時間流逝速度,總之相對論的出現徹底打破了牛頓的絕對時空觀。你我的時間在一些情況下真的可能不一樣。


簡單回答,這裡是科學黑洞,感謝你們的關注與點評。


科學黑洞


有些人可能對這個題目感到不屑一顧,因為從地球到10光年以外的地方,用光速飛行不就是需要10年的時間嘛,怎麼又會扯到瞬間呢?事實上,這個問題沒那麼簡單,需要涉及到相對論,因為不同參照系的時間流逝速率是不一樣的。尤其是在接近光速運動的情況下,時間膨脹效應將會變得不可忽略。

為了討論方便,這裡假設10光年外的目的地是仙女座HH,這顆恆星與地球的距離差不多是10光年。

根據狹義相對論,時間和空間都是相對論的概念,與參照系的選擇有關。仙女座HH距離地球10光年,這是從地球參照系的角度所測出的距離。因此,從地球參照系看來,如果以接近光速的速度(狹義相對論禁止有靜止質量的物體以光速運動)從地球飛到仙女座HH,飛行時間差不多就是10年。

然而,對於相對地球做亞光速運動的宇宙飛船參照系來說,從地球飛到仙女座HH的距離不是10光年,飛行時間也不是10年。根據狹義相對論(考慮慣性參照系的情況),宇宙飛船參照系的時間ΔT和地球參照系的時間Δt有著下述關係:

其中v表示宇宙飛船相對地球運動的速度,c表示光速。

舉個例子,如果宇宙飛船相對地球的速度到光速的99.99999625%,對於飛船上的人來說,從地球飛到仙女座HH只要一天的時間。而當宇宙飛船相對地球的速度無限趨於光速時,飛船上所經歷的時間就會趨於零,所以飛船上的人就會覺得幾乎是一瞬間就能從地球飛到仙女座HH。當太空旅行者回到地球后,他們還是出發之前的樣子,但地球上的時間將會過去至少20年。

由於時間膨脹效應在低速下非常微弱,所以我們在生活中無法感知到。但對時間極為敏感的定位衛星需要考慮這種影響,所以只要我們使用定位衛星,就會涉及到相對論。


火星一號



我清楚的記得在劉慈欣的《微紀元》中,擔負著為人類尋找第二地球的近似光速飛船“方舟號”航行了23年的時間,中間經歷了多次減速以接受地球發來的電磁波信息,但是斷斷續續的23年過去之後,地球上已經過去了兩萬五千年,人類滅亡,方舟號駕駛員成為了宇宙中唯一的宏人類。

暫且不論劉慈欣的科幻小說,單單是接近光速飛行後時間變慢這一點就是得到科學證實的,而科幻小說包括現實世界中,人類最多隻能製造出無限接近光速卻達不到光速的飛船,這是因為速度越快質量就越大,因而必須用更大的能量去推動更大的質量,讓一個有靜止質量的物體達到光速就需要無限大的能量,所以真正的光速飛船可能永遠都造不出來。


雖然我們沒有光速飛船,但是速度越快時間越慢的“鐘慢效應”確實早就得到證實的,現在天上飛到衛星都是根據時間膨脹效應調整了時間的,不然衛星上的時間會比地球上慢一丟丟,不調整的話時間一長導航衛星就不能用了。

那麼既然速度越快時間越慢,那麼理想情況下當速度達到光速之後,光速飛船上的時間在地球上人類看來就是靜止的,這是因為參考系的不同而導致的,但是真光速飛船的駕駛員的時間仍然是正常的,也就是說一個普通人駕駛真光速飛船100年照樣會老死。

在地球上的人類看來光速飛船裡的人是靜止的, 並且飛船飛了10年才到達10光年之外,但是在光速飛船上的人看來自己是一瞬間到達10光年外的地方的,只不過地球人類此時已經老了10歲。


宇宙探索未解之迷


答:如果你的飛船真能達到光速,那麼恭喜你,無論你飛往宇宙的哪裡,對飛船內的人來說都是一瞬間。你將體驗地上一天,天上一年,甚至萬年的神奇之旅。


飛船以光速運行,那麼飛過X光年的距離,自然也就需要X年(不考慮宇宙膨脹),不過這是地球參考系的結論,也是很多人能想到的結果。

但是在相對論中,時間是相對的,地球過了X年,在飛船內會有所不同;因為時間流逝速度和相對速度有關,飛船在地球上加速到光速,那麼飛船內的時間就幾乎停止了,無論飛船走了多遠,對飛船內來說都是一瞬間。


這叫做相對論時間膨脹效應,不同參考系的時間流逝速度,和兩者的相對速度有關;時間可以被拉長,也可以被壓縮,就是不能倒流。

這就是相對速度達到光速後的效果,而且該現象也得到了許多實驗的驗證,比如μ子衰變實驗。

μ子的半衰期為2.2μs,當宇宙射線撞擊到地球大氣層時,會產生許多μ子,根據計算,μ子的產生高度和平均壽命,是幾乎不可能到達地面的;實際上,科學家在地面也能檢測到大量的μ子。

合理的解釋為:μ子相對於地球高速運動,所以μ子在地球參考系中的存在壽命,會因為時間膨脹效應而延長,延長壽命後的部分μ子,就能夠到達地面。


除此之外,科學家把兩臺高精度銫原子鐘,利用飛機朝著相反方向運動,最後再對比兩臺原子鐘的時間,會發現時間不一致,而差異正是相對論效應導致的,實驗數據也和相對論預言相符合。


好啦!我的內容就到這裡,喜歡我們文章的讀者朋友,記得點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


簡單說,會瞬間到達!

當然,飛船不可能以光速飛行,理論上可以無限接近光速,越是接近光速,越能感覺到到瞬間的效果!

一切都是基於愛因斯坦相對論!

對於地球上的人來說,當然不會瞬間到達。在地球上看,距離10光年,速度無限接近光速,所用時間很容易計算,路程除以速度,就是10年多一點!

但是對於飛船上的人來說,由於速度太快接近光速,時間膨脹和尺縮效應就非常明顯(不再詳述,可以見到搜索瞭解狹義相對論方程組),下面的公式可以見到計算飛船所用時間:

一種大寫T代表飛船時間,小寫t代表地球時間!

為什麼會有如此時間轉換?就是因為我們所在的時空不是絕對的,而是相對的,會受到速度影響。通常情況下由於我們生活中的速度相對光速太慢了,時間膨脹和尺縮效應可以忽略不計!

記得走位物理學家說過一句話:如果你對時間膨脹效應還是不理解,可以肯定的是你還在用絕對時空觀的思維方式去思考相對時空觀,雖然認為你沒有,但實際上你不由自主地會陷入絕對時空觀的思維方式中不能自拔!

舉個例子,就問題而言,一顆天體距離地球10光年,地球上的飛船以亞光速飛向那顆天體,對於飛船來說,在加速到亞光速的瞬間,那顆天體與地球的距離不再是10光年,而是1光年(甚至更短,取決於飛船速度)!

說白了,亞光速飛行的飛船所處的時空與地球所處的時空不是同一個時空!這就是相對時空觀,記住參照系很重要,很多時候之所以我們無法理解,就是因為在兩個不同的慣性參照系中看待一個事物!建議先去詳細瞭解下洛倫茲變換,就會對狹義相對論有更深刻的理解!


宇宙探索


這種問題也能問出來??????腦子呢?


BPDNG


也要10年啊!10光年之外是距離、就是光走10年的距離、然後我們以光速的速度飛過去、剛好10年!

在具體點就是10光年外的實際距離是38萬公里×60秒×24小時×365天×10年=199728000公里!這是10光年的距離!

然後光速是每秒38萬公里!就是199728000÷38=秒÷60=分÷24=天÷365=年


太陽系長兼地球名譽球長


確實是這麼一回事兒,我們先假設飛船可以以光速飛行,那麼在狹義相對論中,飛船運動的速度變快,飛船系的時間流逝就變慢,且速度越快,時間流逝的就越慢,接近光速時,時間流逝趨近於停止,由此我們可以推斷在達到光速時,飛船系的時間流逝靜止,時間不再流逝,雖然達到光速,這在現在的物理學中不被允許。

依照題意會出現下面這樣的情況:

飛船從地球飛向10光年外的星球,如果飛船起飛時是公元3000年元旦,這是地球上的時間,那麼當飛船抵達目的地時,地球上的時間是公元3010年元旦。

不過,對於飛船內部的乘客來說,他們的感覺是剛剛在飛船加速至光速時,就要減速了,因為已經到達了目的地,確實對於他們來說只過去了一瞬間。這就體現出了飛船系與地球系時間流逝的相對性。

個人淺見,歡迎評論!


一枚遊戲科幻迷


對於地球上的人來說,瞬間到了,對於飛船上的人來說,過了10年…


虔誠石


以光速走一年叫一光年,你說呢?


分享到:


相關文章: