無限接近光速飛行一光年大概需要多長時間?

周豪楠


方便起見,這裡就假設你以無限接近光速飛離地球,那麼你飛行億光年需要多少時間呢?

答案取決相對於誰,也就是說在不同的人的眼裡,你飛行一光年距離所用的時間並不是一樣的。對於地球上的我來說,很好計算。在我的眼裡,你的速度就是光速(無限接近光速),你飛行的距離就是一光年,所以你所用的時間就是大約一年時間。這種情況很好理解,太陽光以光速飛行1.5億公里達到地球所用的時間為8分鐘(大約),與你無限接近光速飛行一光年是同樣的道理。

不過對於你來說,情況就大為不同了。由於你無限接近光速,時間膨脹效應就非常明顯,對於你來說,你必須找到一個參照系才能感覺到時間膨脹,而一光年距離外的地點就是你的參照系,在這個參照系下,你的時間會接近停止,一光年的距離在你眼裡也不再是一光年,甚至在你瞬間加速到無限接近光速的過程中,一光年的距離會變得無限短(尺縮效應),所以,你飛行一光年的時間可以是無限短,具體由多短,取決於你有多麼接近光速!

說白了,時間和看空間都是相對的,當我們問需要多長時間時,首先必須確定參照系,也就是說在誰的眼裡用了多長時間,不然沒有參照系的話就沒有意義。這與牛頓的絕對時空觀有本質區別。

明確了參照系,就可以用愛因斯坦的狹義相對論加以解讀,即便是在變速的情況下,也可以用類似微積分的方式進行計算,並非一定要用到廣義相對論才行。總之,當速度接近亞光速時,時間和空間的相對性就比較明顯了,我們必須充分考慮到時間膨脹和尺縮效應!


宇宙探索


這裡存在兩個答案,一個是觀測者的時間,一個是飛行者的時間。

由於題目已經限定了飛行速度無限接近光速,如果不考慮加速,那麼對於觀測者來說,就是很簡單的一個問題,一個亞光速物體飛行一光年距離需要多久呢?需要的一年多一些的時間。

對於飛行者而言,考慮到狹義相對論,存在尺縮效應,在觀測者眼中一光年的距離,變的只有很短的一段距離(到底有多短取決於飛行者的速度,由於是勻速運動,飛行者無法感知自己的速度,因此這裡的速度只能由觀測者提供,或者飛行者可以根據身外的景物的移動來判斷)。

因此飛行者到達目的地只需要極短的一段時間,可以是一小時,可以是一分鐘,甚至是一秒都行。

但考慮到實際情況,飛行過程不可能拋開加速減速過程不談,而涉及到加減速,可能很多朋友的第一反應就是廣義相對論,這種觀點在相對論早期是正確的,但今天已經距離廣義相對論發表100多年了,這種觀點需要改進,評判廣義相對論和狹義相對論不能依靠慣性系與非慣性系,而是要以物理事件發生的背景時空是否彎曲為標準,畢竟從客觀性來講,時空作為相對論最核心的概念,遠比什麼參考系重要的多。

如果還不能接受我上段所講的內容,那麼你可以這樣想一想,如果讓你介紹廣義相對論與狹義相對論的區別,估計很多人會脫口而出:廣義相對論是一個引力理論,它將引力看做時空彎曲,而狹義相對論則是時空平直下的理論。

這不就結了嗎?剛才這句話就已經把狹義與廣義相對論區分開了,怎麼還是有人一邊說著剛才這句話,一邊還糾結於慣性系非慣性系呢?

所以這樣來說,我們常見的洛倫茲變換實際上並不能代表狹義相對論的全部核心,而僅僅是一個更普遍關係裡的特例(因為洛倫茲變換隻能適用於兩個慣性系之間)。

實際上即便是利用最原始的狹義相對論,我們也能分析變速過程,只要站在慣性觀測者的角度,雖然飛行者是變速過程,但仍可以將飛行者建立無窮多個瞬時慣性系,而每一個瞬時慣性系都可以與觀測者之間建立洛倫茲變換。

總的來說,在相對論中,時間的概念已經和牛頓體系中那個均勻流淌的時間不一樣了。

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賽先生科普


約束條件要講請楚:

1.在什麼介質中,真空、現行宇宙中、高密度物質中

2.相對誰?起始點的觀察者是一年;以逼近光速的旅行者0年,甚至可以說0秒,對這個旅行者來說時間從未流逝。


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