一个人乘坐接近光速的飞船飞行1分钟后回到地球,还能见到他的家人吗?

风雨飘摇11105021


理论上,在接近光速飞行的情况下,不管是飞船上的人过了1分钟,还是地球上的人过了1分钟,他们的家人都还建在,而且几乎没有什么变化。

这个当然要看他家人的状态了,如果他家人在濒危状态或者出现了意外,就另当别论了。

在爱因斯坦狭义相对论中,时间有膨胀效应,也叫尺缩钟慢效应,就是说在速度很快的惯性参考系中,距离会缩短,时间会变慢。如果速度达到光速,即每秒约30万公里时,距离成为0,时间将停止。

狭义相对论中测定时间膨胀的公式为:

根据这个公式计算,速度越快时间膨胀越明显。速度不快时,这种膨胀很难观测到,所以可以忽略。一般来说,至少要达到光速的10%,既每秒钟3000公里,时间膨胀才有意义。

题目提出接近光速,也就是说光速的99%以上,这时候的时间膨胀效应就比较明显了。

根据公式计算,在飞船中航行的人,达到光速99%,尺缩钟慢效应将会缩短7倍;达到99.99%,时间将会缩短77倍。以后小数点后面每增加两个9,时间膨胀就会上升一个数量级,达到光速的99.999999999999%时,飞船里的人比地球人时间将会慢700万倍,也就是说,飞船人过了一年,外面已经是700万年了。这可比修仙传说中“山中方一日,世上已千年”的时间差距还要大近20倍啦。

当然从理论上来说,有质量的物体不允许达到光速。如果是以光速飞行,飞船里乘员的时间将不会流逝,因为不管到哪里距离都变成了0。这样的话,他们要过完这1分钟,永远也过不玩,天荒地老宇宙毁灭,这一分钟也还没有过去。

幸好爱因斯坦弄了个狭义相对论,不允许有这种现象出现,否则动量变成无限大,整个宇宙也没有这艘飞船的质量大,怎么可能呢?这本身就是个悖论。

题目是以接近光速飞行1秒来限定的,那么按照前面达到光速14个9来计算,飞船里1秒,相当于地球上700万秒,一天86400秒,700万秒就相当于地球上87天,一个健康人应该等个87天没什么问题吧,因此这个飞船里的人无需担心回来看不到家人了。如果家人保养得好的话,也几乎看不到什么年龄差距。

但如果在速率后面再加4个9,就很难说了,加6个9就基本没可能看到了,因为天上1分钟,地球已经过去200多年了。

这都是扯淡的说法,实际上人类完全无法在1分钟内达到接近光速的航行,也无法在1分钟内又能够刹车停下来。

前面有朋友说了,这种加速度别说办不到,如果真的这样会导致飞船分崩离析,里面的人连渣滓都剩不下了。

所以任何这种想法都只能是臆想,吃饱了撑的。时空通讯也吃饱了撑的,才来这里说这样的问题。

就是这样,欢迎大家吃饱了都来说说。


时空通讯


其实乘坐接近光速飞船的例子,在物理学历史上还真有,还让爱因斯坦费了很大的脑筋,最后广义相对论的提出才得以解决,这个例子其实很有名就叫做双生子佯谬。

不过,问题的关键其实不在双生子佯谬上,按照题主的说法,这个问题反倒是应该集中在“1分钟上”。

要知道光速c=299792458m/s,如果以地球上的人为参照系,那飞船上的人要在不到1分钟内,完成加速到光速,再加速为0,再掉头,或者是加速到光速,拐个超大的弯再后实现掉头。(这里我还不计入它回到地球得停下来,得再实现一次从光速减速到0。)

讲真,要成这么复杂的过程,1分钟其实是够呛的,这个加速度至少得几十万个重力加速度的量,人能承受住10个重力加速度就很不错了,而且不要说人了,这个是飞船得是什么材料才扛得住呀,还是一加速就散架了?这是船毁人亡的节奏啊,命都没了,还咋见得到家人了?

如果是以飞船内的一分钟来算,其实上述的问题也同样有,也要经历人和飞船无法承受的加速度。那如果我们设定,所有的加速和减速都是瞬间完成转换的(当时这现实中不可能)那这时候地球要上的时间,可以根据狭义相对论的时间公式来算(就不去考虑广义相对论带来的效应了)如果是0.99光速,地球上就是7分钟。0.9999光速,约为71分钟,以此类推下去,越接近光速越接近于沧海桑田。


钟铭聊科学


这个问题的关键在于时间,1分钟是相对于谁而言,分两种情况:

①这1分钟是地球上的时间,也就是说地球上家人只需等待1分钟,然后飞船就回来了,结果就是家人团圆。

但结果真的是这样吗?这里有一点不能忽视,那就是加速度,因为飞船需要在一分钟内完成出发和返回两个过程,因为飞船需要在短短数十秒内经历极强的加速度影响。

而这个加速度的下限值就是五百万米/秒^2,结果显而易见,飞船因为极高的加速度而导致整体破碎,内部人员直接死亡(就算不破裂,内部人员也得死亡,因为这个加速度相当于51万倍重力加速度)

②这一分钟是飞船内部的时间,这就需要考虑狭义相对论的影响了。虽然飞船内部只过了一分钟,但因为时间膨胀效应,外部世界的时间在飞速流逝,这个流失的速率和飞船速度成正比,越是接近光速,那么外部时间就流逝的越快。

有可能是飞船内部一分钟,地球上已经过去了一小时、或者一个月、甚至一万年,如果愿意的话,一万亿年都是可以的,当然了,宇宙的命运走向就不考虑在内了。

那么结论就是:不论这1分钟是谁的时间,都没有好结果,要么坐飞船的人死亡,要么地球上的家人老死。

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赛先生科普


答:理论上,如果飞船的速度足够快,飞船内的时间流逝速度会无限减慢,有可能飞船内过了一分钟,而地球上过了几十年、几千年、甚至几万年。


狭义相对论描述时间和空间是相对的,这和我们常识中的绝对时间和绝对空间完全相反,但是狭义相对论效应,只在物体运动速度接近光速时才明显。

我们先选定一个参考系,然后相对论描述,物体相对于参考系的运动速度,会影响物体的时间流逝速度,物体运动速度越快,时间流逝速度越慢,也就是相对论的钟慢效应。


比如一个宇航员,乘坐一艘飞船离开地球,我们假设加速过程忽略,飞船速度无限接近光速,那么地球上过了一年,或许飞船内部只过了几分钟,其相对速度和时间收缩倍数如下表。

当飞船速度为0.99999999999999c,时间流逝速度缩短707万倍,那么飞船内过了一分钟,地球上就过了13.44年,如果飞船的速度更快,时间缩短倍数更高。

我们可以看到,接近光速飞行的飞船,飞船内的一瞬间,对外界来说却是沧海桑田,也许地球都不存在了。


如果我们从地球上的参考系来看,时间流逝速度缩短707万倍,那么飞船内的一分钟,对应外界飞行距离就是13.44光年。

在现实生活中,有静止质量的物体,运动速度无法达到光速,对于由原子组成的物质,在无限接近光速时,原子的结构也将解体,所以目前的技术条件下,光速飞行还是一个幻想。


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艾伯史密斯


这个问题乍一看与某人乘坐国际航班到大洋彼岸的美国出差三天,当他处理完事务返回国内时能够见到其家人。但是这个问题并没有这么简单,因为它涉及到加速度、光速运行以及时间静止等一系列问题,主要可以从以下三个方面分析:

1、对于地球上的家人而言,如果不考虑其他不利因素的影响,这个人能够乘坐光速飞船飞离地球到达1分钟之外的太空(约等于地球到火星最近距离的三分之一),并能够安全返回地球,同样需要1分钟,相当于这个人一共离开了他的家人2分钟,也就是说这个人仅仅是到太空遨游了1分多钟而已,而当他回到家中时,由于他的离开时间非常短暂,其家人也并未察觉他有过外出活动。

2、假如不考虑太空刹车等制动环节,公式推导均为点到点的瞬间进行,在这种情况下从速度为0加速到约300000千米每秒,人体能否经受得住。根据匀加速度运动公式(若动点的速度v1经t秒后变成v2),可以计算出该飞船的加速度a=300000000米/t²。

而这种加速度几乎是人体能够承受的最大重力加速度31.25g(1g相当于9.8米每二次方秒,约为306.25米/秒的二次方)的98万倍,估计这个人在这样的加速度环境里身体早已极度变形了吧!

3、如果结合了爱因斯坦的狭义相对论,这个问题就变得更有意思了,由于飞船速度接近了光速,就会产生时间膨胀 、长度收缩或时光静止等现象,这个现象就好像是“刻舟求剑”一样,或许你只是理论上前行了1800万千米,但再回头时可能就是真的物是人非了,因此很有可能见不到家人了。


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地理那些事


1971年,物理学家乔伊·哈夫勒和理查德·基廷做了一次检验爱因斯坦狭义相对论的实验,他们将精密的4个原子钟放在了普通的民航客机上,等飞机航行结束停下来之后与地面的原子钟进行对比,发现确实是慢了59纳秒,虽然微乎其微,但是在精密的原子钟下,这些细微的差距也无法遁形,结果证明了爱神的理论是对的,运动速度变快,时间流逝变慢。

(时间膨胀)

题目说,接近光速的飞船,这个可比民航客机快得太多太多了,那么时间膨胀效应就非常的显著,但是回答问题前需要搞明白,你这个“飞行一分钟”是哪里的一分钟,是地球的一分钟,还是驾驶员的一分钟?

如果是驾驶员的一分钟,我们假设飞船以99.99999999%c的速度飞行,驾驶员的时钟过去了一分钟,那么地球那里过去了多久呢?

(题主驾驶的接近光速的飞船)

根据相对论公式可以知道,地球那里过去了70710分钟,折合成49天,也就是说,驾驶员的手表过去了一分钟,地球上的手表过去了49天。

如果这个“一分钟”是地球上的一分钟,那本题就没有讨论的意义了,当然能见到家人啦。

由于上面代入的速度v并不大,如果是99.999999999999999999999(.......)%c的速度的话,当你开着飞船感觉上是过去了一分钟,实则在地球那里已经过去了一万年,真是一眼万年啊!

看见木有,速度快时间就流的慢,大家还在等什么呢?赶紧行动起来吧,我先跑为敬,怎么着也得多活个0.59纳秒啊,哈哈,不吃亏~~~


科幻船坞


这个问题其实本身问得就有问题,问题关键在于这一分钟是相对于地球上的人来说还是宇宙飞船上的人来说,相对参考系不同,所得到的答案也是不同的。

如果这一分钟是相对于地球上的宇航员的家人来说的话,那么过去的一分钟对于地球上的人来说就是一分钟,在地球上过去的这一分钟里,对于地球上的人来说,他们不知道身处太空飞船之中的宇航员,以光速飞行了多远,飞行了多久,甚至是飞到哪里去。

但是对于宇航员来说,他只是驾驶着光速飞船飞行了一段距离,然后他又回到了地球上,而此刻距离他从地球出发刚好过去了一分钟的时间(地球时间)。在地球上过去的这一分钟时间里,地球上的人不知道他去了哪里干了什么,他也不知道地球上他的家人干了什么,但是一分钟之后他回到地球,他还是可以见到他的家人,而且一分钟时间里他的家人几乎不会有什么变化。

但是如果这一分钟是宇航员自己的时间的话,那么就有意思了,首先就是如果他的速度达到了光速的话,那么他将不会再有时间概念了,简单点来说,根据相对论我们知道,一切有静止质量的物体其速度都不可能达到光速,只有光运动的速度才是光速,一句话,宇航员的速度想要达到光速的话,那么就只有一种可能,那就是宇航员变成光,所以说,题目本身是不严谨的,但是就事论事。



根据相对论推论,如果速度达到了光速的话,那么时间就会静止,换一句话来说,对于宇航员来说,时间概念已经不存在了,所以说,无论是一分钟,一年,甚至是一万年对于宇航员来说是没有区别的,所以当他重返地球的时候,地球很可能还是他出发时的那个样子,也有可能是过去了很多年,甚至是地球都不复存在了,所以说他能否见到他的家人是一件无法被确定的事。


镜像宇宙


首先要确定“一分钟”是地球上的时间还是飞船上的时间,我想问题中表达的应该是飞船上的时间,因为如果是地球上的一分钟,问题就很简单了,地球时间过了一分钟当然能看到他家人了,当然如果你非要说他的家人一分钟内就突然死亡了,也有这种可能,这种抬杠没啥意义!

如果说这“一分钟”是飞船上的一分钟,情况就大不一样了,这取决于飞船到底有多接近光速!

根据爱因斯坦的狭义相对论,当飞船以亚光速飞行时,时间膨胀和尺缩效应就会越来越明显,说白了就是飞船上的时间变慢,同时距离缩短(相对地球)!

比如说,从地球上亚光速飞往10光年外的行星(在地球上看是10光年),对于飞船来说这个距离就不是10光年,而会小于10光年,速度越接近光速距离越短,理论上如何能达到光速,距离就为零(当然这是不可能的)!

不过时间膨胀的效果必须非常接近光速才会很明显,有个公式可以计算,99.99%光速飞行,飞船上的时间膨胀了77倍,也就是说飞船上的一分钟,地球过去了77分钟!

所以,如果飞船上的人能安全回到地球,基本上能看到他的家人,除非他以无限接近光速飞行,时间无限膨胀,当然他的一分钟就可能相当于地球的上百年,就看不到他的家人了!

而事实上呢?飞船在一分钟之内加速到亚光速然后再亚光速掉头返回地球,这是不可能的,这需要承受太大太大的加速度,不要说人受不了,飞船也受不了从而分崩离析!


宇宙探索



首先我们的宇宙不允许存在真正的光速飞船,目前我们所讨论的光速飞船只是无限接近光速而已,但这并不妨碍我们利用近光速飞行时的时间膨胀效应短时间内跨越千万光年,但从目前来看让一个人乘坐近光速飞船去探险是很残忍的一件事,因为高速运动下飞船带来的时间膨胀效应很可能会造成“天上一天地上一年”的效果,这样一来探险者回到地球后就见不到他的亲人了。

爱因斯坦狭义相对论中的时间膨胀效应刚提出来的时候没人愿意相信,事实上直到今天也还有人不愿意相信时间膨胀是真实存在的,但无数次的实验结果已经表明物体在高速运动时的时间要比正常速度下的时间慢一点,高速运动的导航卫星正是靠着时间膨胀公式来和地表时间保持一致的。


如果一个人以光速0.999996247倍飞行一分钟的话,地球上就会过去365分钟,如果一个人以0.99999999999996247倍光速飞行一分钟的话,地球上会过去365万分钟,也就是差不多7年,如果这个人的速度比这个还要接近光速的话,地球上的时间流逝速度只会更恐怖,光速一分钟地球700年也不是不可能。

就目前的计算数据来看,只要这个人乘坐的伪光速飞船没有太过逼近光速,那么他一分钟之后还是可以看到自己的亲人的,需要指出的是目前对于近光速飞行中人类的变化没有任何研究,因此我们只能就事论事。


宇宙探索未解之迷


如果真的以接近光速的飞行速度飞行1分钟,那么此人大概率还是可以见到其家人的。而且其家人的衰老程度,和此人接近光速的程度呈正相关。



按照时间变慢公式:



1.比如此人以0.99光速飞行1分钟,则地球上只过了7分钟。

2.此人以0.9999光速飞行1分钟,则地球上过了71分钟。

3.此人以0.99999999光速飞行一分钟,则地球上过了5天。

4.此人以0.999999999光速飞行一分钟,地球只过去了15.5天。

速度再大点,已经超出了计算器计算能力。不过,要想让地球时间和飞船内时间比再大点,比如飞船1分钟,地球100年,这样宇航员肯定见不到其家人了。如此巨大时间比,要求飞船的速度基本上要无限接近光速(后面0无数个9)。而题目中只是说接近光速,所以速度应该和光速还有一定差距,这种情况下,地球的时间并没有快多少。



另外,如果飞船是以曲速引擎的形式飞行,这种情况下,飞船不会经历时间膨胀效应。飞船内部时间流速和地球一样,所以飞船飞一分钟,地球上也刚好过了一分钟,没有什么变化。


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