以非常接近光速的速度飞行,一分钟后返回地球还能见到家人吗?

宇宙时空 2024-05-05 18:19:59

能不能见到家人,主要取决于速度到底有多接近光速。假如你乘坐一艘飞船以无限接近光速的速度飞行,别说是离开一分钟了,哪怕是一秒钟,返回地球之后也看不到你的家人了。

当然,这里的一分钟指的是飞船时间,而不是地球上的时间,否则问题本身没有任何探讨的必要了。如果是地球上的时间,也就是说你家人的时间过去了一分钟,当然能看到你的家人,仅仅一分钟而已,家人不会老去。

而如果是飞船上的一分钟,结果很可能大有不同。因为我们所在的时空并不是绝对的,不是一成不变的,速度会影响时间的流逝。

这也是爱因斯坦狭义相对论中的时间膨胀效应,速度越快,时间就越慢。当然,时间膨胀效应必须是两个不同的参照系对比的结果,而不是某一个参照系下的时间会发生膨胀。

也就是说,相对别的参照系,你的时间会变慢,但如果你只是在自己的参照系,不考虑别的参照系,你并不会感觉到时间变慢。

就拿这个问题来讲,你乘坐一艘飞船以非常接近光速的速度飞行,如果飞船是密闭的,你无法看到飞船外面的一切,只能感觉到自己的时间流逝,你对时间的感受与在地球上的感受没有任何区别,因为你感受到的是自己的时间,也就是本征时间,每个人对本征时间的感受都是一样的。

只有当你驾驶飞船到达另一个参照系,比如说重地球,才会感受到时间膨胀效应,高速飞行的你时间变慢了。即便你只是离开一分钟,但你会发现地球时间可能过去了几年,几十年甚至更长的时间,具体多长时间完全取决于你乘坐飞船的速度到底有多接近光速,越是接近光速,地球时间过去的越长。

那么,究竟地球时间过去了多久呢?通过时间膨胀公式可以计算出来。

从公式中可以看出,只要飞船的速度V无限接近光速,哪怕飞船上的时间t非常小,最终得到地球上的时间也会很大很大。

公式并不复杂,比如说如果飞船的速度达到了光速的0.999...(12个9)倍时,飞船上虽然过去了一分钟,但地球上已经过去了大约1.4年。如果飞船的速度继续变大,地球上的时间会过去更久,你的家人很可能早就不在人世了。

不过,这只是理论上的分析,实际上即便人类有足够的能量能让飞船加速到无限接近光速,也不可能在一分钟时间里返回地球,因为无论是离开还是返回地球,飞船势必会经历加速减速的过程,从非常接近光速的速度减速到零。

难以想象,在一分钟的时间里让飞船的速度减速到零,加速度会有多大!如此大的加速度你不可能承受得了,所以你根本没有机会返回地球,或者说在你准备返回地球的那一刻,就被巨大的加速度压得粉碎,当然就不可能再见到你的家人了。

这里只是理想条件理论上的分析,实际上也正是双生子佯谬的具体表现。

有人可能对双生子佯谬不太理解,一对双胞胎兄弟,弟弟留在地球上,哥哥乘坐亚光速飞船离开地球,飞行一段时间之后再返回地球,会发现弟弟变老了,而自己仍然年轻。

这就是时间膨胀效应。如果哥哥没有返回地球,只是远远地观看飞船里的哥哥,假设他能看到哥哥的一举一动,弟弟确实会发现哥哥的时间变慢了,哥哥变得更年轻了。

但是由于速度是相对的,在哥哥眼里,弟弟相对飞船同样在亚光速飞行,所以地球上弟弟的时间也变慢了,弟弟看起来更年轻了。

那么问题就来了,哥哥和弟弟到底谁对谁错?到底谁更年轻?不可能出现两个人都很年轻的局面。

事实上,哥哥和弟弟都没有错,因为他们并不在同一个参照系下,都在用各自的参照系来衡量对方的时间,这种对比是没有意义的,只有他们回到同一个参照系下,对比彼此的时间才有意义。

结果就是哥哥的时间变慢了,因为哥哥在返回地球的过程中势必会经历加速度,而根据等效原理,加速度会产生惯性力,而惯性力与引力等效,哥哥在掉头的过程相当于经过强大的引力场,引力场会让时间变慢。

位于地球上的弟弟显然没有经过强大的引力场。

总之,狭义相对论中的时间膨胀效应确实存在,只不过只有当速度非常接近光速时,才能明显体现出来。由于我们平时经历的速度与光速相比太小了,所以我们根本不可能感受到时间膨胀效应,会认为每个人的时间都是一样的。

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