如果乘坐光速飛船,飛往250萬光年外的仙女星系,是不是一瞬間就到了?

艾伯史密斯


先拍觀點:假設飛船速度是光速,需要飛250萬年(先別噴,看完再說)。相反如果飛船內的時間越接近於光速時間會越趨近於瞬間。快與慢的關鍵點是飛船能不能達到光速,也就是狹義相對論成立不成立。

狹義相對論

光速不變原理

19世紀,麥克斯韋通過研究電磁學理論,發表了麥克斯韋方程組,推論出了電磁波的存在。

1888年,海因裡希·魯道夫·赫茲通過實驗證實了電磁波的存在。而麥克斯韋方程組的波動方程又告訴我們電磁波的速度是兩個常數相乘,也就是說所有電磁波在真空中速度都相同。更為驚人的是麥克斯韋的公式裡,沒有時間與空間。也就是說電磁波不只是同一介質速度不變,而且相對不變,什麼意思?(光也是電磁波的證明太多這裡不說了)

假設你和一輛高速飛船還有一個手電筒同時在起跑線上。你喊一二三跑,手電筒打開光和飛船同時跑。那麼你看到光的速度是C,飛船速度是V,請問飛船上的人看到光的速度是多少?

牛頓的絕對時空理論說時間、空間是獨立的。光在一種叫做“以太”的介質中傳播,”以太“就像空氣一樣在我們身邊飄蕩。因此飛船追光,追擊問題,光相對飛船速度伽利略變換得出(c-v)

而通過麥克斯韋的方程組可以推論就算飛船的速度接近光速,跑道邊靜止的人和飛船裡的人看到的光速都是c,也就是說牛頓和麥克斯韋有人錯了。

搞笑的事情來了,邁克爾遜和莫雷實一直想通過實驗來證明“以太”存在牛頓是對的,然後他們在1887年,卻通過實驗證明了麥克斯韋理論是對的。

更加搞笑的是維護“以太”論的洛倫茲,通過研究電磁理論發現了絕對時空是有問題的,進而推導出洛倫茲變換,也就是狹義相對論的”鐘慢尺縮“效應,但是還在辯解說:這只是數學推導,以太還是存在的。有心眼的小愛同學打破了舊時代的框架,打臉了牛頓,基於光速度不變原理推出了狹義相對論。

扯了那麼遠就是想說:光速不變原理是實驗證實出來的,狹義相對論是正確的。

狹義相對論說飛船不能達到光速

如果認同了狹義相對論是正確的,那麼通過狹義相對裡的質增效應,可以知道飛船達不到光速。

質增公式(狹義相對論),動質量m 靜質量m0 光速c=30萬km/s

根據洛必達法則,如果m0≠0,則v≠c。所以如果一個物體的靜質量不為零,你就永遠不可能把它加速到光速。

假設飛船達到光速

我們已經知道狹義相對論是對的,那麼如果假設飛船可以達到光速,說明狹義相對論是錯的。狹義相對論所有理論全廢,我們就不能利用狹義相對論鐘慢尺縮效應、洛倫茲變換推導。那麼直接t=s/v,250萬光年就是光行駛250萬年的距離,所以地球和飛船上的時間同步,飛船要飛250萬年。

假設飛船接近光速

根據狹義相對論,鐘慢尺縮效應,當物體高速行駛,相對於外在的觀察者來說,飛船裡的時鐘會變慢,時間膨脹,飛船尺寸變小。

當速度接近於光速,當飛船到達地球上擺放時鐘過去的時間 t' 約為250萬年,帶入洛倫茲時間變換公式計算得出

飛船裡的時鐘過去了:

當速度為光速99% ,

t=35萬年

當速度為光速99.99999999%,t=35年

當速度為光速99.9999999999% t=3.5年......0.35年、0.035年

可以發現一個規律,失之毫釐差之千里,當速度在小數點後多取兩個9,年數會除10,你們能想到什麼?有興趣可以想一下。

............0.00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000035年

瞬間即達。

以上觀點,都是拋開飛船加速減速過程。


科學美少男


所謂光速飛船並不能真的以光速運動,只能是亞光速運動。但即便這樣,根據狹義相對論,只要速度足夠快到接近光速,這也會產生巨大的尺縮效應和時間膨脹效應。

對於地球上的人來說,亞光速飛船飛到250萬光年外的仙女座星系所需的時間大約為250萬年,因為距離除以速度即為時間。但對於飛船上的人來說,由於尺縮效應,仙女座星系的距離並非250萬光年,250萬光年只是在地球參照系下的測量結果,飛船系測出的距離很短,所以飛船上的人覺得從地球飛到仙女座星系只是轉瞬間。根據狹義相對論,飛船系的時間ΔT和地球系的時間Δt、飛船相對於地球的速度v、光速c可以通過下式聯繫在一起:

可見,當速度趨於光速時,ΔT趨於零,這意味著亞光速飛船隻要極短的時間就能飛到地球系認為十分遙遠的宇宙地方。

不過,為了在短時間內加速度到亞光速,這需要極高的加速度,人體根本無法承受。在飛船急速加速的過程中,人體就會因為巨大的過載而被壓扁。

最理想的宇宙航行方式是用1g加速度飛行前半程,然後再用相反方向的1g加速度飛行後半程,這樣也會產生巨大的時間膨脹效應。具體計算過程比較麻煩,這裡就直接給出結果:飛船經過大約14.3年的時間飛完半程,最高速度將會達到光速的99.99999999997%,所以飛抵仙女座星系所需的時間大約28.6年。雖然飛船不是瞬間到達,但太空旅行者也是能夠在有生之年飛抵目的地。與此同時,地球上的時間將會過去250萬年多一點。


火星一號


如果真的有光速飛船,以光速飛行,理論上時間就會停止,不是一瞬,而是沒有時間流逝。

根據愛因斯坦狹義相對論,在高速運行中的物體會出現尺縮鐘慢效應,速度越快,距離就越短,所花費的時間就越少。理論上到達光速,距離趨於零,時間當然也就趨於零了。這樣不管是到達250萬光年的地方還是到達更遠的地方,飛船上是感覺不到時光流逝的。

當然這是天方夜譚。即使能夠達到光速,也還有個加速和減速的時間,因此時間還是會流逝一部分。但飛船上的人不會感覺到時間有什麼變化,他們的時間還是一分一秒照常流逝,只是距離變了,所以覺得很快。距離變成了0,就沒花時間而已。只是與飛船外靜止的觀測者比較,才發現時間流逝完全不同。

狹義相對論告訴我們,光速是這個世界上最快的速度,有質量的物體永遠達不到光速,不要說宏觀物體,就是微觀粒子也達不到,只可以無限接近。

在大型強子對撞機中,科學家把質子加速到無限趨近光速,達到光速的99.9998%,所用能源達到一個城市的用電量。再往上提一點點,比如後面那個8變成9,能量就要成倍增加,越接近光速,所需能源將呈數量級增加,質子的動質量同步提升,當達到光速時,質量會變得無限大。

什麼是無限大?整個宇宙的所有看得見看不見物質加起來也不是無限大。

愛因斯坦狹義相對論設定的這個公理已經過無數觀測和實驗證明是正確的,無法突破,就不要老奢望達到光速了。

隨著人類科學水平文明程度的提升,飛船的速度也將得到提升,雖然達不到光速,亞光速還是有可能的。

高速系尺縮鐘慢效應在日常生活中是很不明顯的,即使在目前每秒十幾公里的宇宙飛船中,也很難監測到。只有當速度達到1/10光速即每秒30000公里時,才有一定的意義。

俠義相對論中測定時間膨脹的公式為:

因此,人類要實現飛往250萬光年遠的仙女座星系,既然不可能達到光速,但在遙遠的未來有可能實現亞光速飛行。亞光速當然至少要達到光速的50%,但達到光速50%尺縮鐘慢效應也不是很大。達到80%時,才能縮短1.66倍,到仙女座星系還是需要150多萬年。即使達到了光速的99.9999%,時間會縮短707倍,也還是要3536年;達到了光速的99.9999999999%,時間會縮短70.7萬倍,就只要3.5年時間了。當然還要加上加速和減速耗費的時間。

實現這種接近光速的亞光速旅行概率也是很小很小的,因為巨大的能源和與速度呈正比的載荷將令人類無法承受。而且乘飛船去了個來回的人還在,地球這些眼巴巴看著的人已經過了250萬年,人渣都不在了。所以即使在遙遠的未來這也是不現實的。

更有可能實現的是開發出曲速引擎飛船,採取時空摺疊方式以超光速跨越式旅行。

時空本身的膨脹和摺疊不受狹義相對論光速限制,而且也不會導致時間膨脹,在飛船上一年,在地球上觀察的人也是一年。但要去仙女座星系250萬光年,即使以10倍光速跨越,也還要25萬年,100倍光速跨越則需要2.5萬年。

所以儘管開發出了曲速引擎飛船,前往遙遠的仙女座星系也還是一個遙不可及的夢想。

事實上,曲速引擎目前還處於理想與幻想的結合地帶,能不能實現還是個未知數。因此,從目前人類的認知來看,無論採用光速飛行還是曲速引擎跨越式旅行,要去仙女座星系都是不可能的。

只有在今後若能突破現有理論束縛,或許要到若干億年後人類達到三型文明的時候,才有可能探討這個可能性。

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時空通訊



宇宙中動輒幾萬幾十萬光年的距離經常讓很多人對目前的航天技術感到失望,認為如今的化學動力和探測器在連千分之一光速都達不到的情況下很難帶領人類走向星辰大海。

但話又說回來,距離太陽系最近的恆星是4.22光年外的比鄰星,題主所說的250萬光年外的仙女座星系,在大部分人的腦海中以近光速飛行的話,前者需要4年多時間才能到達,而後者需要250萬年。


初看之下這種想法沒什麼不對,畢竟光速是宇宙中最快的速度,但實際上人類乘坐近光速運動的飛船前往仙女座時遠遠不需要250萬年,真正感覺到250萬年漫長時間流逝的只有低光速下運動的地球人類而不是飛船內部人類。

這背後的原因我們在愛因斯坦狹義相對論中的時間膨脹效應中找到答案,根據已經被證實了的時間膨脹效應和質能轉化方程,人類永遠不可能製造出真正的光速飛船,只能無限逼近光速,因為有質量的物體加速到光速需要無限大的能量才行。

那麼在飛船速度無限接近光速的情況下,以地球人的視角來看飛船是花了250萬年才到達了仙女座星系,而此時飛船內部的人的時間已經嚴重膨脹了,外界看來250萬年的時間在他們發感覺中可以只有250秒甚至更少(如果繼續向光速衝擊的話這個數字還會更小)


理論上來說宇宙中只有光子可以光速飛行,如果太陽光子有意識的話它是感覺不到時間流逝的,以它的視角來看自己是瞬間到達了任何地方,包括8光分外的地球。但在低光速運動下的地球人看來光子是飛了8分鐘才到達地球的,我們看到的太陽也是8分鐘前的太陽。


宇宙觀察記錄


對,一瞬間就會到。

不過你得先有光速飛船。。對於光速飛船上的人而言,250萬光年根本不是事,920億光年都可以一瞬間就到。因為光速飛船里根本不走時間,飛到宇宙大塌縮都是一瞬間。這種詭異的事情是愛因斯坦發現的。他在研究邁克耳遜-莫雷實驗的怪異結果是發現了這種時間、空間與速度的關係。其實這種關係不是他第一個發現的,第一個發現的可能是洛倫茲,因此這一關係的表達式也稱為洛倫茲變換。雖然不是第一個發現,但愛因斯坦是第一個賦予它物理意義的。

根據洛倫茲變換裡的時間公式推論,光速下時間間隔會無窮大。也就是說時間靜止了。但這不是由公式直接解出來的,因為用光速代入,公式的分母為0,是無解的。╮(╯_╰)╭它只是根據速度無限接近光速時的結果推理得到的。


星宇飄零2099


需要250萬年。我給你出個好主意,乘坐“糾纏”船,你這裡一按開關,即時到達。


惠舒旅社老闆


光速飛船飛行,已經突破了我們宇宙中所有的物理規律。這樣意味著這艘光速飛船已經不屬於我們宇宙空間,而是進入到一個更高的維度之中。因為但凡在我們宇宙範圍內的物體,必須遵守我們宇宙的規則。而有質量物體超光速飛行,顯然已經超脫。



所以,在高維空間中,時間是可視化的。我們不僅可以看到過去,甚至還可以稍許改變。就像電影裡面男主角庫珀進入的黑洞一樣,是一個高維生命創造的空間,裡面的時間就是可視化的,男主角庫珀可以通過引力對過去進行影響。那麼,光速飛行的飛船也會進入到類似的高維空間,裡面過去可以被影響,但是不能夠大範圍改變。



既然時間都是可視化的,所以飛船可以選擇一個合適的時間點出來。所以別看仙女星系距離我們有250萬光年,但是飛船以光速飛行並通過時間段選擇就可以瞬間達到。



當然了,飛船達到光速的過程還是需要時間的。要讓一個速度加速至30萬千米每秒,需要加速的時間就會很長。而飛船耗時就耗在加速和減速過程。


科學探秘頻道


這個題目有很大的邏輯漏洞。可能題主只是粗略的聽過狹義相對論的結論,所以才拋出這樣的問題。

其實狹義相對論的時間膨脹結論指的是速度越快,時間過得越慢。越接近光速,時間越慢。

於是有人發散思維,得出來達到光速,時間靜止的結論。其實這大錯特錯。

主要出現在兩個方面

一:狹義相對論的時間膨脹指的是一個相對於觀察者勻速直線運動的物體。這個物體的勻速直線運動速度越快,在觀察者看來其時間就過得越慢。但是參考系是平權的,也就是說:在這個高速運動的物體內的觀察者是完全感受不到任何時間流逝減慢的。他的感受和站在地面上沒有任何改變。

所以即便你接近光速飛向仙女座星系,也不會感受到任何時間變慢效應,在飛船內的人依舊會感受到需要至少250萬年才能抵達仙女座星系。

不同地是,當你花了250萬年抵達了仙女座星系,地球上已經過去了上億年了。

第二個很重要的漏洞就是:有靜止質量的物體不能達到光速。

狹義相對論不允許飛船達到甚至是超過光速運動的行為。如果你做到了光速運動。那對不起,愛因斯坦的相對論的基礎就錯了,以光速不變的基礎建立的相對論大廈就轟然倒塌。既然相對論都錯了,那麼你就不能用一個錯誤的理論導出“速度達到光速,時間靜止”的結論。


科學認識論


乘坐一艘非常接近光速的飛船進行星際旅行,這時候牛頓力學必須讓位給愛因斯坦的相對論,此時很多情景會變得比較奇妙。

銀河系旁邊的仙女座星系距離地球約250萬光年,從地球上射出去一束激光要走250萬年才能到達仙女座。和人的壽命相比較,250萬年非常漫長,不過相對論並沒有限制在人的生命歷程裡飛到仙女座。我們說仙女座距離地球250萬光年,“250萬光年”的距離是地球靜止參考系上的測量結果;說光要走250萬年,“250萬年”也是地球上測量到的時間。根據愛因斯坦的相對論,時間的測量、長度的測量與參考系的選擇有關,一個人乘坐一艘非常接近光速飛行的飛船,在飛船參考系中仙女座到地球的距離就會變得很短,在飛船參考系中從地球到仙女座所用的時間也會很短。這就是相對論中著名的“運動的尺變短”及“運動的鐘變慢”。

運動的鐘變慢並非指的是宇航員感覺到自己的時間流逝的慢,在他的感覺裡時間的流逝還和往常一樣,距離變短了使得他飛往仙女座用的時間變短了。按照相對論,飛船的速度越接近光速,所用的時間就越短,數學計算可以讓飛行員感受到從地球到仙女座所用的時間只有1天,甚至1秒。

不過真正讓飛船接近光速飛行,飛船內宇航員的感受絕對不會是1天或幾天就能到達仙女座的。飛船的速度不可能一開始就達到接近光速的程度,那樣的話裡面的人會因承受不了巨大的加速度立即死亡。

如果飛船加速階段的加速度大小是1個重力加速度,此時人會感到和地球上一樣的“重力”。照這樣的加速度,將飛船加速到光速的十分之一,所需要的時間也要超過一個月。以重力加速度的3倍進行加速,所用的時間雖然會變短,但加速階段就好像人身上還壓著兩個人,這樣的加速過程不可能持續太久。到達目的地附近時,飛船還要減速。加速用了多長時間,減速也基本會用相同的時間。加速及減速階段的耗時使得人不可能眨眼間就飛到了銀河系外。


刁博


愛因斯坦狹義相對論說的是速度越快時間越慢,這種被稱為時間膨脹的現象為後來科幻小說中的光速飛船提供了理論基礎


然而我們宇宙中光速就是極限速度,有質量的宇宙飛船其實只能無限接近光速而已,它和真正的光速間永遠存在微小的差值,所謂達到光速時間靜止只是一個幻想,因為現實中是不可能達到光速的。

時間膨脹效應只會被正常速度下的人觀測到,處於近光速飛行中的人是感覺不到時間流逝速度變慢的,因為飛船內部仍然是正常光速,駕駛員和乘客仍然會渴會餓會變老,只不過他們在飛船裡過一天,地球上的時間就會過一年甚至更久。



仙女座星系距離我們250萬光年,也就是說我們現在看到的是250萬年前的仙女座,假如未來的人類可以製造出接近光速的飛船,那麼就能在有生之年到達仙女座,並且飛船速度越接近光速,跨越250萬光年距離所需要的時間就會越短。

當飛船達到光速的99.99999999997%時,在飛船內的人會感覺到自己過了28.6年就到達了250萬光年外的仙女座星系,而如果繼續向光速衝擊幾個小數點,那麼這28.6年可能會變成2.86年甚至更少。


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