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根据爱因斯坦的狭义相对论 , 亚光速飞船上的时间会过得比地球上慢 , 因为飞船相对于地球运动 。 只要飞船的速度足够接近光速 , 对于地球参照系来说 , 飞船上的时间趋于静止 。
说到这里 , 有人可能会说了 , 既然飞船相对于地球运动 , 反过来 , 也可以认为地球相对于飞船运动 , 毕竟宇宙中没有绝对静止的参照系 。 在这种情况下 , 地球上的时间过得比飞船上更慢 。 那么 , 究竟是哪个参照系的时间变慢了呢?
事实上 , 这个问题可以用闵可夫斯基空间中的世界线来解释 , 详见“双生子佯谬” , 这里就不做展开 。 或者也可以从另一个角度来考虑 , 由于飞船的运动需要一个加速过程 , 所以飞船上的观测者会真正感受到惯性力 , 飞船才是真正在加速运动 , 所以时间变慢的是飞船 , 而不是地球 。
回到这个问题上来 。 为了便于计算 , 假设有一个人乘坐亚光速飞船飞行1天(飞船参照系的时间) , 然后回到地球上 , 他还能见到出发时的家人吗?
根据钟慢效应:
其中ΔT为飞船参照系的时间 , Δt为地球参照系的时间 , v为飞船相对于地球的运动速度 , c为光速 。
如果飞船的速度达到光速的99.999625% , 当飞船飞行1天后降落地球时 , 地球上的时间已经是一年之后 。 地球上的人都已经老去一岁 , 飞船上的人只会觉得自己是在昨天离开地球的 。 当然 , 飞船上的人还能见到出发时的家人 。
但如果飞船的速度被加速到光速的99.999999999625% , 经历一天太空之旅的人回到地球上时 , 地球上的时间已经过去1000年 , 当初他出发时的家人早已不在人世 。
越接近光速 , 飞船上的时间相对过得越慢 。 虽然亚光速飞船上的人认为自己的寿命最多只有百来年 , 但这个时间对于地球上的人来说是非常漫长的 。 因此 , 通过这种方式 , 飞向地球的未来时间是可行的 。
不过 , 这种时间穿越之旅是不现实的 , 因为飞船需要在极短的时间内加速到亚光速 , 这需要极高的加速度 , 人体不可能承受住这种极端过载 。 1g加速运动是更好的选择 , 因为如果飞船在太空中以1g加速度运动 , 那么 , 飞船上的人将会感受到类似于地球上的重力 。
除了高速运动之外 , 拥有极端引力的天体 , 比如黑洞 , 也能产生极端的时间膨胀效应 。 正如《星际穿越》中所展现的那样 , 在近距离环绕黑洞旋转的行星上 , 时间过1个小时 , 对应的地球时间会经历长达7年 。
【如果有人以亚光速飞行1天后回到地球,他的家人还在吗?】不过 , 离我们最近的黑洞也远在3500光年之外 , 目前我们没有办法飞到那里 。