如果一人驾驶接近光速的飞船飞行一分钟后回到地球,还能再见到家人吗?

荰妏囮


有人看到这个题目时,第一反应是这算什么题目,小编又脑残了?如果你是这么想的,那么下面我要说的事情完全可以颠覆你认知。在我们从小接受的观念和常识中,理所当然的认为所有人的时间流速都是相等的,无论我们分别在何地,做何事,你手表走过1秒钟,我的手表同样也走过1秒钟,但实际上处于

运动状态的物体,时间的流速会变慢

比如:我在高速飞行的飞船上,当我的手表走过1秒钟,你的手表却走过了2秒钟。

下面我会从用极为简单的数学方法,来证明时间与速度的关系。只需要懂得直角三角形勾股定理和路程等于速度乘以时间(s=vt),初中水平就可以理解。

时间膨胀

根据题目:有个人在地球上,另一个人在飞船上,飞船以速度 v 行驶。为了证明光速与时间的关系,我们还需要一束光。假设:飞船底部有一个发光源,当飞船行驶到A点时,光源打开,一束光从底部射向顶部,当光到达顶部时,飞船飞到B点,光速恒定不变为

c ,光速不变原理是通过迈克尔逊莫雷实验证实的。

光从下射到上,地球人掐表计时,所花时间为 t(假设有千里眼能看到)

飞船上的人也掐表计时,当光从下到上所花时间为 t'

根据 s = vt :

地球人看到飞船以速度v,飞行了AB距离。所以AB距离为飞船的速度乘以时间 vt;宇航员在飞船观察到光行驶距离是 ct';地球人观察到的就不一样了,由于飞船在往前行驶,所以地球人观察到的光实际上是在走斜线,距离是 ct ;由上图可知,这三个距离是一个直角三角形。所以运用勾股定理两直角边的平方相加等于斜边的平方,可以得出以下公式:

同时发生一件事,对于地球上的人来说手表走过了时间 t ,而飞船内走的时间 t' ,神奇的是 t 竟然不等于t',这怎么能叫同时呢?这完全颠覆了常识。这就是爱因斯坦狭义相对论中所说的时间膨胀效应,也叫钟慢效应。

高速与低速

物理学中把上述公式叫做两个相对惯性坐标系的时间变换,比如你在地球上,想知道高速飞船飞行了多久就利用上述公式把地球时间变换成飞船时间。而变换的参数也就是下图公式,我把它叫做对高速修正的因子。

日常生活中,我们所能涉及到的速度都属于宏观低速,比如说高铁时速360km/h,换算成秒为100m/s。而光速c速度是300000000m/s, 高铁速度和光速相差实在太多了,当我们把高铁速度带入修正因子时,可以得出修正因子约等于1,即可以得出 t = t'

。所以时间膨胀离我们太远,日常生活中平时所学就够用了,没有必要把事情变复杂,所以在9年义务教育里,对于高速运动与时间的关系并未涉及太多,这事最多在科幻片里能运用一下,偶尔也是可以提高一下逼格的。

高速运动

当时如果当飞船的速度达到光速的1/100时,相对时间就会出现较大的差别,所以涉及到高速运动就需要运用爱因斯坦的狭义相对论,不仅仅是时间。

时间膨胀只是狭义相对论中一点,还有质量变换(质增效应),尺寸变换(尺缩效应),速度变换。

修正因子

我们可以发现高速修正因子,在相对论中无处不在,这个因子其实是荷兰物理学家洛伦兹发表的,所以也叫洛伦兹因子。

下图是因子的数学曲线,横坐标为相对运动速度v,纵坐标为因子,

可以发现当运动速度较低时因为”1“。也说明宏观低速状态下,不需要修正。但随着运动速度无限趋近于光速c时,因子修正也会趋近于无穷大。

时间静止

通过上述证明,我们可以得到一个观点,当飞船的速度无限趋近于光速时,对于地球人来说飞船会趋近于静止状态。如果运动的速度慢一点,比如是0.5倍的光速,我们会发现,飞船里的人都变得想”树懒“。比如飞船里的人正在锻炼身体↓

而在地球上人观察到飞船里的人像是在打太极↓

地球都不见了

回到我们的问题,当飞船无限趋近于光速,飞行1分钟,地球上过去了多久?通过修正因子的曲线图,我们可以发现当飞船无限趋近于光速,飞船飞行1秒,对于地球上观察者来说,飞船的速度的可以放慢无数倍,甚至是静止,时间可以是无穷的,但是地球的寿命是有限的,当你回来时将见不到你的家人朋友,地球也不存在了。


科学美少男


如果一个人驾驶近光速的飞船飞出地球再返回,共用了一分钟的时间,那么还能见到家人吗?这个问题有些同学看完可能一脸懵,既然仅仅消耗了一分钟的时间,那么当然会见到家人了,但是爱因斯坦却不这样认为。

时间到底是什么?这个问题人类追寻了很久,地球绕太阳公转一周发生四季变化被定义为一年,地球自转一周昼夜交替被定义为一天,而每个人的一生都在用地球公转周期来记录着。实际上大家在日常生活中对于时间并没有直观的感受,只是一直按照确定好的规律上学上班、放学下班、睡觉起床等等。


但有一点大家是有共识的,那就是每个人的时间都是相同的。例如出门约好朋友吃饭,两个人约定十点钟在某某地点见面,之后你十点钟到那了,常规情况下你的朋友也会在十点钟到那。但有一天发生了你准时到达,你的朋友却晚了一个小时,但你朋友认为她也是按时到达的,那也就意味着两个人的时间是不相同的。这种情况即使现在来看,大家也都会认为匪夷所思,但实际上却完全有可能发生。因为牛顿的绝对时空观深入人心,到现在我们的思维上也坚持着这样的观点。


但自从爱因斯坦提出相对论后,对于时间和空间有了更加准确的定义和描述,对牛顿理论进行了修正,其中就包括这个绝对时空观。爱因斯坦理论认为时间是相对的,每个人的时间可能是不同的。

  • 狭义相对论中:时间的流逝速度和物体运动速度有关,物体运动速度越快,时间流逝速度越慢,如果物体无限接近于光速运动,那么时间无限接近于静止。
  • 广义相对论中:时间的流逝速度和所处的引力场有关,引力越大(时空曲率越大)的地方时间流逝速度越慢。

那么这里就有讨论的必要了,问题中所说的一分钟到底是谁的时间?

假设有两个时钟,地球上放一个、飞船中放一个。

1、飞船中时钟过去了一分钟

问题中也设定了飞船的速度接近光速,但没有说具体为多少,在这里我们需要简化一下模型,直接省略掉加速过程、减速过程、转弯过程等等,直接就看成是接近光速匀速飞行一分钟。


从上边公式可以看出来当V不断的增大,分母不断的接近于零,那么t'就会不断的接近于无穷大。假设V=0.99999c,飞船上过去1分钟,那么地球上过去了220分钟,当V无限接近于光速的时候V=0.99999…99999c,那么最后时间膨胀的倍数就是无穷的,飞船中过去了一分钟,那么地球上可能过去了100年、1000年甚至是10000万年。那么也就是沧海桑田般的变化了。


2、地球上时钟过去了1分钟

如果这个时间指的是地球上的时间,那么接近光速飞出一分钟,回到地球上并不会发生特别大的变化,地球上就是过去了1分钟,当然对于飞船内的人来说,就是一瞬间的事情。

关于时间膨胀的概念是爱因斯坦相对论的重要推论,并且已经经过了验证甚至是应用。现在出门更多都依赖于导航,实际上导航卫星就提前修正调整了时间,这个时间差就是根据爱因斯坦相对论计算出来的,不然导航就会和实际情况出现偏差。



科学黑洞


回答你这个问题之前首先告诫你:不要被误解光速或超光速就能追赶时间!一秒一米和一秒一光年其实都是一秒而已!时间没变,只是空间大小的变化!

如果,你是以光速出去,再以光速回来的话,别说一分钟,就是来回三十年你的家人也只是过了三十年!

如果你以光速出去前十年,再以三分之一光速回来,你实际旅行40年。那么你的家人实际度过了10年+30年=40年。在你的家人健康长寿的情况下,同样能见到家人!

以上是光速的问题。

超光速呢?

超光速的飞行状态实际上与每秒一米没有差别!时间不可能更改,既不能因为速度过快而发生时间的转换提前到未来;也不能因为速度过快而发生时间的转换推迟到过去。

打破一个速度的极限只能产生简单的物理,化学反应,以及空间的持续性变化。并不能改变时间的秩序!

更何况时间的定义和快慢仅仅是我们地球人设定的一种符合宇宙发展的潜规则!宇宙中不存在时间的问题!时间只是空间移动轨迹的描述之附加物!

同时间段,速度只是空间跨越快慢的尺度而已;时间不会因人类对空间跨越的快慢而改变!

你的问题的前提就是同时间段内,相同的空间,相同速度的空间跨越问题,事物的变化不会受速度影响!

同样是同时间段,同样的空间,你本身的速度变异,来回的速度不一样,速度才有可能让你周边的事物发生变化!

所以你的问题就有两种答案!

至于超光速问题,也是一样!不存在超光速后空间跨越的快到极点,时间就会错乱!不存在的!要是这样我们的宇宙早就乱成一锅粥了!

因为我们难以达到的光速,超光速,其实在宇宙中不算什么!

最快的速度就是智能意识的传播速度!可以无限快!你到过的地方不论远近,你在家可以不到一秒钟神往那个地方!神到了,就是你的精神波到了!非常快!快到你无法察觉!

明朗的夜晚,皓月当空,你想看看月亮。当你抬头看见月亮,最少花了两秒钟。但是当你思想中的意识想看月亮的时候你的精神波就已经到了月球上!

看月球的想法不到百分之一秒完成。光速到月球是一秒钟,所以你的意识比光速快若干倍吧?

意识的速度到底多快?不瞒你说可以百分之一秒瞬间跨越到宇宙的彼岸!可怕吧?这个速度是一秒钟不到就跨越几百亿光年啊!

因为宇宙的意识和我们一致!

帝国师尊原创理论体系,禁止标榜为你自己的想法和理论体系!

2019年4月10日于宜昌


玄天护道尊者


有人说,题目中不都这么清楚明白得说了飞行一分钟之后回到地球吗?既然这样的话,那么地球上过去的时间不也就来去两分钟的时间吗?


可能在大多数人的眼里确实只经过两分钟,但是爱因斯坦告诉你,真相可能没有这么简单。在我们固有印象里,时间的流逝对于每一个人都是相同的,至少在地球上生活的我们,都在经历着相同的时间流逝,不论你一贫如洗或者家财万贯,时间的流逝对于每一个人来说都是公平的。

既然地球上的时间流逝是同步进行的,那么可能你会自然而然地想到,在宇宙的任何一个角落,都在和你一样经历着相同的时间流逝。然而,事实还真的不是这样,看过《星际穿越》的朋友,应该对其中的一个情节印象深刻,主人公库珀进入了一个位于黑洞附近的星球米勒星,因为女主的一次小失误,他们被困在了米勒星长达几个小时,可能你觉得几个小时没有啥的,可是这个星球可是在黑洞旁边,所以在它上面的几个小时,当然不能和地球上的几个小时相提并论。


实际上,影片中说过,米勒星上的一小时,相当于地球上的7年,而他们在米勒星上不过几小时的时间,地球上已经过去了几十年,直到最后男主角回到地球的时候,他和出发的时候基本没有区别,而他的女儿却已经风烛残年了。之所以在黑洞周围会有这种奇异的现象,其实是因为黑洞周围的时空被强大的引力给扭曲了,而对于接近光速飞行的飞船里面的人来说,这种现象也是存在的。

爱因斯坦的相对论告诉我们,当一个物体的速度无限接近于光速的时候,它的时间流逝速度就会变慢,简单来说,以光速99%速度飞行的飞船里面的人,当他在飞船里面度过一年的时间的时候,地球上已经过去了7年,而且随着速度越来越大,这个效应会越来越明显。回到题目本身,当飞船的速度足够接近于光速的时候,飞船上的一分钟可能相当于地球上的1年、100年、1万年甚至是更久,所以在他一分钟之后返回地球的时候,能否见到他的家人取决于他的速度有多快,速度越快的话,越不可能见到。



镜像科普


看到还有很多科普工作者在以爱氏神教以讹传讹误导民众,实在是看不下去了!之前本人已经在头条通过对爱氏时间膨胀公式的证误、及对时间膨胀的验证方式的证误等方式论证了爱氏神教的荒谬性,现再举一例子说明,以现实的可行性来对所谓尺缩钟慢效应的荒谬性进行证误!火星与地球之间最近距离为5500万公里,一束光从地球上发射,让它经过太空中卫星的中转达到火星,火星上竖一面镜子,再将这一束光反射回地球,这样来回总共是11000万公里,这一束光来回跑的时间是366.67秒,那么,地球上的人是否还能收到这一束光呢?如果按照爱氏神教的说法,地球上已经是一晃千年沧海桑田了!可现实如何?地球上的人照样能接收到这一束光,时间只是过去了366.67秒而已!不是吗?所以,大家不要再被爱氏神教蒙骗了!没有什么尺缩钟慢效应,没有什么回到过去,穿越到将来,这些都是爱氏神话,听听就好!


尘醉云光暖


问题的本质就是爱因斯坦狭义相对论中的“时间膨胀效应”!速度越快,时间流逝速度就越慢,当速度无限接近光速时,时间就趋于静止!

所以问题本身并不难理解,接近光速飞行的飞船离开地球一分钟后返回,这要看飞船有多么接近光速了。时间膨胀效应虽然存在,但需要速度非常紧接光速时才会比较明显地表现出来。时间膨胀公式如下:

公式本身并不难,通过公式可以计算得知,即使是飞船速度达到了0.99999倍光速,看起来已经非常接近光速了,但飞船离开地球一分钟的时间,地球上也不过才过去了大约220分钟而已,其实时间膨胀效应已经非常明显了,膨胀了220倍!只不过飞船离开时间太短了!

当然,理论分析,即使飞船离开仅仅一分钟时间,只要无限接近光速,地球上就可以过去任何长的时间,比如说10年,100年甚至一万年都有可能!当然问题中的一分钟必须是飞船上的时间,而不是地球上的“一分钟”,不然问题本身就没有任何回答的必要了!

这就是爱因斯坦时间膨胀的主要体现,时间并不是绝对的,每个人的时间流逝速度都是不一样的,不过现实生活中我们无法体验到时间膨胀效应,毕竟我们经历的速度相对光速太低了,时间膨胀完全可以忽略不计!


宇宙探索


这是一个探讨时空的问题。要得到答案,首先要理解时空,也就是正确认识相对运动速度。速度的关键不仅在于空间的流转,还在于时间的流动。空间流转为速度提供的是方向,而时间流逝为速度提供的这是大小。光速与蜗牛速在空间上没有什么本质区别,二者巨大的差别来自于时间流逝。从某种意义上讲,运动“跑”的是时间。所以,高速运动与低速运动所经历的时间“路径”不一致的。而通常人们在谈论运动时,只关注了这个过程的空间路径。我想指出的就是,速度这个物理量不是单位时间经过的路径有多长,而是相同空间位移下哪一个的“时间路径”最短。因此,低速运动与高速运动的物体在时空中处于不同的时间线。题目所提的问题,按照平直时空考虑相见没有可能;但在弯曲时空中相见还是有可能的。


笑看风起云涌花谢花开


根据题目的意思,这里的一分钟应该指的是飞船时间,也就是驾驶员感受到的时间,由于飞船速度十分接近光速,因此狭义相对论效应将十分明显,导致的结果就是飞船内过了一分钟,待回到地球时却发现地球早已过去数百年乃是上万年

基于真空光速在任意惯性参考系下速度相同,以及狭义相对性原理,可以得到一个关于区别于牛顿时空观的理论,在这里时间和空间不再各自独立,这个理论就是狭义相对论。狭义相对论有几个推论时非常出名的,比如质能方程,以及这篇回答将要提到的

钟慢尺缩效应

所谓钟慢尺缩,概括性的讲就是:运动物体的时间会变慢、运动方向上的长度会缩短。(尤其注意一点,这里的运动是相对性的,根据不同参考系会有不同判断)

题目给出的条件是,一个人驾驶光速飞船外出飞行一分钟,之后再回到地球。

对于这个条件,一般来说我们都是默认从地球参考系去回答这个问题,如果再忽略掉飞船的加速、转向等过程,这样的情况正好可以利用常见的钟慢公式去计算,得到的具体结果取决于飞船的速度到底有多快,但不变的结论依旧是地球上流逝的时间要远大于飞船时间。

实际上这个问题如果换个角度去思考,就成了典型的双生子佯谬,从飞船角度,可以认为地球再动,而飞船不动,如此一来结论不就相互矛盾了吗?

虽然表面上看起来,这样的矛盾似乎有些不可调和,但实际上问题的重点在于飞船势必要经历一个加减速的过程,有人说加减速不也是相对的吗?这里的关键就在于谁真的经历的加速(比如汽车起步,车内的人会感到推背感,而车外的人则没有,这一点是绝对的)。

在考虑上述情况后,结论依旧是地球流逝的时间要大于飞船。(补充一点:按照现代相对论的观点,狭义相对论与广义相对论的本质区别在于背景时空的差异,因此双生子佯谬并不涉及广义相对论)

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赛先生科普


关于这个问题,几乎所有人都在讨论速度对时间的影响,我觉得都没说到本质。如果一个人和一块表在一艘光速飞行的飞船中,那么按照哲学观点,其实速度影响的是构成人和表的最基本的物质原素如夸克或者弦的振动频率。说的通俗点,就是光速运动的夸克或弦的振动频率会变得极慢,相应地时钟指针的运动,人的运动和衰老,飞船的自然损耗都会同步变慢到地球上的十万分之一,因此飞船上的人看飞船上的钟表还是一分钟,但地球上人已经过去了十万分钟,这才是时间流逝不同的实质。


百事可乐35412497


此题根本就是荒谬的!任何事物在演变和发展中,以及物体的运动,都是有一个过程的,这就是从小到大,从弱到强,一从低级到高级,由简单到复杂,从缓慢到疾快,从疾快再到缓慢,宇宙飞船起飞,总有一个加速度的过程,慢说人类目前离光速飞行还差得很远很远,一分钟之内能加速到光速吗?更不用说打个来回了!


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