乘坐光速飞船离开地球,一分钟后返回,还能见到家人吗?

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先说明一点 , 题目中所说的光速飞船是不现实的 , 因为光速不可超越 , 光速是宇宙速度极限 , 爱因斯坦的狭义相对论中早就表明了这点 。
那么 , 就让我们假设亚光速飞行 , 也就是非常接近光速飞行 , 一分钟之后返回地球能看到家人吗?
这里的“一分钟”应该指的飞船上的时间 , 否则就没有讨论的必要的 。 如果是地球上的时间 , 一分钟之后返回地球当然能见到家人 , 只是一分钟而已 。
下面就来分析另一种情况 , 飞船上的时间过去一分钟之后 , 再返回地球 , 还能看到家人吗?
这里先假设是理想情况 , 先不考虑飞船的加速和减速过程 , 不然用一分钟的时间先加速到亚光速 , 然后再减速到零 , 需要非常大的加速度才行 , 如此大的加速度早就把人和飞船彻底压扁乃至粉碎了 。
假设飞船以非常接近光速的速度瞬间起飞 , 飞行一分钟之后瞬间返回地球 , 会发生什么呢?
狭义相对论中有个时间膨胀效应 , 用公式表达就是图中所示:
【乘坐光速飞船离开地球,一分钟后返回,还能见到家人吗?】t′是飞船上的时间 , t为地球时间 , v为飞船速度 。 从公式中可以看出 , 只要速度v足够大 , 那么t′就可以足够短 。
也就是说 , 当速度v无限接近光速时 , 哪怕t′非常小 , 地球的时间t也可以无穷大 , 这就是个简单的计算 。
比如说 , 当速度v为0.99999999999999倍光速时 , 飞船上的1分钟相当于地球上的14年!
这就是时间膨胀效应 , 速度越快 , 时间就越慢 。 当速度趋于光速时 , 时间就趋于静止 。
实际上这也就是著名的“双生子佯谬” , 哥哥乘坐亚光速飞船离开地球 , 飞行一段时间后再返回地球 , 会发现弟弟变老了 , 这是因为地球上过去了更长时间 , 而飞船上哥哥的时间可能只过去了几个小时而已 。
所以 , 最关键的因素还是飞船的速度到底有多快 , 由于一分钟时间太短了 , 飞船必须无限接近光速 , 才会表现出明显的时间膨胀效应 。
理论上只要飞船速度足够快 , 一分钟之后返回地球 , 不要说自己的家人了 , 有可能连地球都甚至宇宙不存在了 , 因为地球已经毁灭了 , 地球的时间可能过去了上万亿年之久!
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