如果30岁宇航员载光速飞船飞出150个地球年再回到地球会是多少岁?

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题目没有交代明白这150个地球年是相对于哪个参考系的时间。咱们分两种情况分别讨论一下。

一,如果是相对光速飞船参考系时间的150地球年

那这个宇航员就是至少30+150+150=330岁了。前提是他还活着,且他乘坐的不是光速飞船,这个原因有二:

1,首先光速飞船是不可能存在的,相对论告诉我们:任何静质量不为0的物体是不可能达到光速的,这就是光速限制原理,爱因斯坦狭义相对论有个质量效应公式能够解释的很清楚:


其中,m为物体的质量,m0为物体的静质量,V是物体的运动速度,c为光速。如果Ⅴ→c,则分母→0,那么m→+∞,这样全宇宙的能量都不够驱动这个无穷大质量的物体,所以从理论上阐明了光速是不可能达到的。而在实践中也充分证明了这一点:


在高能物理中,人们为了验证新理论以及得到理论所预言的新粒子,往往用对撞机将两个粒子进行加速然后互相撞击,以期了解物质的内部结构,理论上对撞机越大,能量级别就越高,粒子速度越大,撞击产生新粒子的概率越大。可人们发现,无论多大的对撞机都不能把粒子加大到光速。

周长27公里的欧洲强子对撞机

要想让物体达到光速,除非无限大的能量,而这是不可能的。因此光速飞船是不存在的。

2,就有人不服气:怎么就不能达到光速,达到光速能咋的?那我们就延伸一下,如达到光速会如何:随着飞船速度的增加,周围时空越来越弯曲,当达到光速,现存的时空无限弯曲――时空不存在了,宇宙对于宇航员和飞船来说崩坍了。因此光速飞船是没有时间的,也就没有所谓的150年。这就是他不能乘坐光速飞船的原因。

结论:只有亚光速飞船才有时间,宇航员经历来回300年后就是330岁了,而地球不知过了多少年了。

二,如果是相对于地球参考系的150年

目前人的寿命只有百岁左右,看题主的意思,这150年很可能是相对于地球的时间。下面咱们再来答一答。上面已经说了,光速飞船是不可能的,如达到光速,飞船和人就不以时空方式存在了。说白了,它们就成为光了。时间对于光是毫无意义的,1秒、150年,甚至138亿年对于光来说是一样的。所以尽管地球上过了300年,但这个宇航员回来时还是30岁,前提是他还存在(应该说他已经不以时空方式存在了,从这个意义上说,他连30岁也没有了)。


既然达不到光速,如果宇航员乘坐亚光速飞船飞出150地球年,地球过了150年,宇航员因为高速飞行且存在加减速的过程,他的时间因转换了好几个参考系而真的膨胀了,变慢了。他回地球时的年龄绝对要小于330岁,具体多大要看飞船的速度有多接近光速,越接近光速,他的岁数越小。具体由以下公式计算:

其中△t′为宇航员经历的时间,△t为地球经历的时间300年,V为飞船速度,c为光速。有兴趣的话可以根据不同速度算一下,我就不在这里算了,我的答案到此结束,欢迎评论。


物原爱牛毛1


要想搞清楚这个问题,首先我们需要知道什么是光速。

你可能说:这还不简单,光速嘛,就是光的速度,每秒钟30万公里。

实际上,根据爱因斯坦的狭义相对论,光速是指“所有无质量粒子和相关场的变化在真空中传播的速度”。一般而言,光速是一个物理常数,它的精确值为 299,792,458米/秒。

(光)

我们需要注意两点:

一、所有无质量粒子和场才能达到光速。

按照爱因斯坦的理论,任何有质量的粒子都是无法达到光速的,到目前为止,已经知道的无质量粒子只有光子和胶子,其它全是有质量的粒子。胶子又被限制在强子中,从来没有人观测到自由的胶子,所以到目前为止宇宙中能达到光速的粒子只有光子。而其它的粒子如果要达到光速,它的质量都趋向于无穷大,所以狭义相对论认为有质量的粒子不可能达到光速。

(爱因斯坦)

二、光速是指在真空中传播的速度。

我们经常说空间站是在真空中飞行,太阳系的行星之间是真空地带,太阳系与其它星系之间是真空等等。宇宙中有没有真空?严格地说并没有。以前我们说地球大气层的厚度有1000公里,从这个角度来看,在400公里高度轨道上飞行的国际空间站实际还处在大气层内。而最新的观测结果更是表明地球大气层的实际厚度甚至要超过60万公里,也就是说连月球轨道都还在地球大气层的包裹之中。

(月球的周围并非真空,它在地球的大气中飞行)

同样的,无论是太阳系还是宇宙间看似一无所有的虚空之中,其实是充斥着各种各样的物质,你很难真正找到理想的真空。

了解到上述事实,我们便可以明白:“乘坐光速飞船”这个理想,至少按照爱因斯坦狭义相对论的原理,是不可能实现的了。

(想象中的光速飞行)

如果你说爱因斯坦狭义相对论不一定是对的,那么等于你否认了狭义相对论中“时间膨胀”的理论。

这个“时间膨胀”理论认为:以光速行进的无质量粒子不受时间的影响。

“时间膨胀”具体的表述是这样的:对于惯性参考系中的观察者,将测量相对于他移动的时钟,以比在其参考系中静止的时钟更慢。

这种情况有时被称为特殊相对论时间膨胀。相对速度越快,彼此之间的时间膨胀越大,随着接近光速(299,792,458 m / s),时间达到零。这导致以光速行进的无质量粒子不受时间的影响。

(对于蓝色时钟的本地惯性参照系,运动中的红色时钟被认为是更慢的)


请注意,这里强调的是“以光速行进的无质量粒子不受时间的影响”。无论是人类的宇宙飞船或是人类本身都不是无质量粒子,所以一方面人类不能达到光速,即便是人类能以接近光速的速度飞行,狭义相对论关于时间膨胀的表述也许适用于无质量的粒子,但它是否适用于人类或其它有质量的物体,这还是个未知数。因为相对论不认为有质量的粒子可以达到光速。

现在,我们将相对论抛到一边,假设一个宇航员真的呆在一艘光速飞行的宇宙飞船之中。他的时间真的能停止吗?

如果时间停止,是否意味着他的心脏停止了跳动、思维停止了运转、一切生命活动中止、甚至组成他肌体的所有粒子都被停止的时间“冻结”了呢?

(飞船)

如果是,那代表他已经死了,并且他处于绝对零度的状态。

如果不是,那么这位宇航员一定会跟在地球上一样在不断衰老,150年后他要是还能幸运地走下飞船,那么他的年龄会是180岁。

你觉得他能活到180岁吗?


周志宏glee


假如一宇航员30岁飞出,他于光速飞行了150年。据听说速度到达光速时间就会停止,那他还是30岁吧!

假如他临行前有个儿子,回来时,它的玄孙已40岁了。

他30岁,他玄孙40岁。请问他和他的玄孙哪一个大?后来他和他的玄孙聊天,说150年前的事情怎么样怎么样!他玄孙说:去你大爷的吧!你才30岁,怎么知道150年前的事呢?到天上去几年,你搞什么幺蛾子,是不是把地球人都当脑残了?

我们知道速度是相对的,如果把飞船看做是禁止的,地球就是以光速在飞行,这账又该怎么算?



天使大观园


如果有人乘坐在飞机上,或者火车上,当他下了飞机,或者火车,就巳不是飞机,或火车的乘客,人生活在地球,地球就像飞机,火车一样,人就是坐在地球上的乘客,当一乘客30岁离开地球,就像乘坐在飞机,或火车上的乘客已经下车了,地球上的时间,一日是时间的基础,只在地球上起作用,离开地球就没有地球的一日存在,在飞船上没有一日的存在,又怎么有一月的存在,没有一日,没有一月,那一年怎么来,时间是一日加一日一直加到三十日算一月,一月加一月加到十二月算一年,如果他有机会回到地球,地球才重新开始记录他的时间,也就是说他才开始在地球的时间适用范围内存在。时间是人所使用,人是在地球上生活的,在地球上生活的人,没有创立太阳上的时间,时钟是对应地球自转工作的,地球自转就像一个人的心脏,时钟就像跳动的脉搏,跟飞船没有任何关系。时钟是表达时间的工具,机械时钟表,一般是圆形🕙刻有总共12小时,一天是24小时时针要走两圈,其中分为小时,分钟,秒。时钟是表达时间的工具,自己不能生出时间,由时钟🕤来看,一日是时钟的基础,那么一日是从那里来的呢?就像一棵树,总有它的根部,总得从根部长出来,我们知道地球自转一圈,时间就是一日,地球自转就是长出时间的根部,飞船长不出时间,没有飞船时间的发生,也就没有用来表达飞船时间的时钟工具,飞船即没有生出时间的条件,也就没有表达飞船时间的时钟工具存在,时钟工具是表达地球自转的。时间一日就是地球自转一圈,我们知道地球有引力作用,引力从地球的外层一直通到地心,人生活在地球上,是浸在空气中,鱼生活在地球上,鱼浸在水中一样。除此,地球上所有事物都浸在引力之中,引力也是一种无形看不见的,但人发明了秤,引力通过秤表现出来。地球旋转一圈,就像唱片旋转一圈,这一圈就被记录在上帝的本子里。人为了更方便使用一日时间,就将一日时间分为24小时,又将1小时分成60分钟,又将1分钟分成60秒。由于引力穿越地球的全部,过一日,人,动物,植物及任何事物留下被引力扫过的时间记录。一日只在地球上存在,由一日分成的小时,分,秒也只在地球存在,出了地球就没有这些。由于太阳就像手电筒光柱一样照着地球,照到地球的一面为白天,照不到的一面为黑夜,由于太阳光像伞状的照向地球,太阳当直接照射地球上的是中午,地球两边缘分别是早晨与傍晚,照在地球边缘由于光线存在一个夹角,是一个分力,产生的热量没有中午高。


KongZWang


如果30岁的宇航员乘坐光速飞船飞出150个地球年,再回到地球会是多少岁?

这并不是一道简单的加法题,因为涉及到光速时间停滞效应!但在某些的情况下它又是极其简单的加法题,那么我们来看看,到底是有哪几种自相矛盾的情况出现!

狭义相对论:没有任何静止质量不为零的物质可以被加速到光速,简单的说就只有没有静止质量的光子才能加速到光速,而且不需要时间!那么另一个没有静止质量的胶子呢?它被封闭在强子中,它是宇宙间最强大的强作用力的纽带,当然我们无法打破强作用力释放出胶子,否则还可以来测试一番!

光速中的光子是不需要时间的,因为时间膨胀理论认为无质量的光子不受时间影响!从出发-到达,进过的时间为0,光速飞船(假设有负质量存在可以中和飞船的质量,当然仅仅是假设)中的乘客也会同样处于比较尴尬的模式下,因为他们从出发到经过150个地球年的距离时经过的时间为0!简单的说即乘客出发的时是30岁,那么他回来的时候也是30岁!

但地面参照系没有这个优待,他出去了150年,那么很简单地面上已经经过了150年,一秒都不会少,但成员就是150年前刚出发时的场景,没有任何区别!

但事实上我们无法达到光速,也许可以无限接近光速,比如光速的99.999999%,此时的时间交换比将会达到7071倍,那么150年/7071=0.021年!

即此时,这位宇航员的真实年龄为30.021岁!


星辰大海路上的种花家


再回答这个问题之前,可以先去了解下“双生子佯谬”,了解之后相信你不会有疑问了!

或者如果你看过科幻电影《星际穿越》,了解了库伯回到地球后为什么变得比他女儿还年轻很多,问题也就不再是问题了!

回到问题中,首先别说光速飞船,那是不可能的,暂且说十分接近光速的的飞船吧!

答案很简单,30岁的宇航员以非常接近光速的速度飞行150个地球年,他不会是180岁,而是远远不到180岁,具体多少岁取决于他的飞行速度,理论上可以无限接近30岁,也就是说30岁多一点点!

原因很简单:爱因斯坦的时间膨胀原理!速度越快,时间就相对越慢!

时间膨胀不仅仅是理论,在我们实际生活中无处不在,我们几乎每天都在用的GPS定位系统就离不开这个原理,由于卫星速度够快,就必须考虑到时间膨胀带来的影响(我们平时生活在地球上就没必要考虑了),需要校准卫星上的时钟,让它与地球时钟同步!

之所以很多人想不通“时间膨胀原理”,一个主要原因是因为我们一直生活在低速世界,时间膨胀可以忽略不计,我们也感觉不到,也造成了我们会不由自主地用牛顿的绝对时空观去思考问题!

但殊不知牛顿的绝对时空观只是爱因斯坦相对时空观在低速和低引力世界里的近似表达!速度和引力都会对时间和空间产生影响!


宇宙探索


如果是光速飞行,那么宇航员回来还是30岁,因为时间静止了。只是地球已经过了300年,这其实就是当年的双子吊诡实验。

题目的意思就是宇航员要到150光年外的地方打个来回,并以光速飞行。回到地球后,地球上过了多少年?宇航员过了多少年。


这其实就是相对论光速不变原理。也就是当年著名的相对论实验:双子吊诡实验。另外一点就是飞船不可能以光速飞行,E=mc^2,飞船质量会无穷大。

我们现在把距离和飞行速度都换小些,这样更真实。假定飞船以0.8光速飞行到4光年外的地方打个往返。男宇航员走的时间为20岁,而地球上的女友当时也为20岁。那么宇航员来回共需要10年,因为比光速慢,所以他回来时应该是30岁。而事实是返回地球时,男孩是26岁,女孩已经30岁。要说明的是,这里不是简单的比例关系,所以计算结果不能等比例运算。

所以答案是,原本30岁的宇航员返回地球还是30岁,时间静止了。而目前来说飞船达不到光速,时间(其实是新陈代谢、粒子运动)也不会静止。


ooO孙悟空Ooo


在相对论没出现之前这个问题的答案就是:三十岁的宇航员乘坐光速飞船飞离地球再返回用掉了150“地球年”,返回地球的是180岁的宇航员尸体。

这个回答应该好多人都没有意见吧!即使到现在为止也是好多人认同的,因为牛顿的绝对时空观深入人心,并且低速世界这种观念并不影响正常生活。




如果在速度为光速或者亚光速的时候如果再用经典物理学去计算研究误差就会很大不可忽略了,此时就要用相对论来探讨。

这个问题用狭义相对论来解释会有另外一种答案,这个宇航员返回地球大约还是三十岁!为什么要说大约哪?继续往下看。

既然要用相对论来讨论问题,那么这个问题至少要符合条件:

  • 有静止质量的物体达不到光速;
  • 信息的传递速度不能超光速;

这我们就知道了,问题中说的光速飞船不可能存在,这是理论上的限制。

假设这艘飞船接近于光速,不考虑加速、减速、转弯等实际因素飞出地球并返回,根据狭义相对论时间膨胀效应,宇航员的时间几乎不会流逝,飞船飞了150地球年。而宇航员可能仅仅过去了1秒钟、1分钟、1小时,至于过去了多长时间只能看这艘飞船有多么接近于光速了。

图:狭义相对论时间膨胀公式

大刘的科幻小说《三体》中结尾程心乘坐光速飞船(曲率驱动)逃离即将二维化的太阳系,仅仅用了52个小时就飞到了286光年远外的地方是相同的道理。而之所以花费几十个小时是因为考虑到了飞船的加速时间和减速时间。

地球年:简单的说指地球绕太阳公转一周的时间,之所以在这里用地球年,想必提问者对相对论有了解,因为宇航员的时间和地球上的时间是两个参考系内的时间流逝速度并不一样。


以上就是我的简单回答,欢迎关注我们:科学黑洞!一起科学看世界。


科学黑洞


光速除了光能达到,其他的所有有质量的物体运动速度都不可能达到光速,但题主既然说了如果,我们不防就考虑一下。

光速在数值上等于299792458㎞/s,可在一秒内绕行地球赤道七周半,是宇宙中最快的速度了。

如果一个30岁的宇航员乘坐以光速飞行的飞船飞了150个地球年,在牛顿的绝对时空观里,速度和时间并没有什么联系,这样看来,如果这个宇航员还活着,应当有180岁。

但事实并非如此,爱因斯坦认为时间不再是绝对的,而是相对的,并且速度能影响时间——速度越快,时间流逝的越慢,它们的关系可以总结成下面这个时间膨胀效应公式。

其中的Δt为普通人的时间,t为飞船上的人经历的时间,v就是飞船的速度。这样一来,Δt就是180年,而我们需要求解的就是t。

因为v就是光速,所以v=c,移项的t=0,即飞船上的人经历的时间等于零,也就是飞船上的时间停止流逝了。

所以150个地球年后,30岁的宇航员依然是30岁。


挡不住的熵增


对于地球上的人类来说,应该有150+30=180岁。但对于宇航员本人来说只有32.2岁(忽略掉启动、调头和减速降落),没错,他没多大改变。

这是根据爱因斯坦的狭义相对论里的双生子谬论计算得出:一对双生子,一个人A以近光速飞离地球做太空旅行,另一个人B仍然留在地球;当飞离地球人的回到地球时,他会比留在地球上的另一个人更年轻。假设A驾驶的飞船非常接近光速c(v=0.999999c),当A回到地球与B会合时,他的兄弟早已死去,因为地球上已过去150年了。

引用公式T=t/sqr(1-b²)(移动时钟时间膨胀现象),地球作为近似惯性系;A经历加速与减速过程,为变加速运动参考系。不管在哪个参考系,A都比B年轻,这是爱因斯坦交代得很清楚的问题。在这里分析很复杂,牵涉到很多知识和公式。

有人认为爱因斯坦的相对论互相矛盾,这是误解,如果用时空图和世界线来分析就会简单得多。


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