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2024-11-12 116
光速航行10分钟，地球过了多少年？飞船乘员会长寿吗？
来源：互联网
2024-11-12 23:30:58 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们
为什么说以光速前行几分钟，再回到地球，这时地球就会过去好几十年？
这是一个伪命题，或者说是一个谬论。
因为提出此问题的人根本不知道光速是怎么回事，只是道听途说什么时光倒流、光速飞船中时间过得很慢之类的流言。事实上，如果这个世界真有达到光速移动的飞船，根据爱因斯坦狭义相对论中的速度时间膨胀理论，时间流逝是停滞的，因此这个几分钟从哪里来的呢？这个时间是按照飞船里的时间算，还是按照地球时间算呢？
如果按照地球时间，过了几分钟这艘船回来了，那就是过了几分钟，不存在过了几十年的问题；如果按照飞船里的时间，飞船达到光速时间停滞，这些人根本没有办法知道过了几分钟。如果感到过了几分钟，那飞船就没有达到光速，或者说这几分钟是没有达到光速之前的感受。
何谓速度时间膨胀效应？
爱因斯坦的时间膨胀理论有两种，一种是速度时间膨胀，一种是重力时间膨胀。今天就不说重力时间膨胀效应，只说说速度时间膨胀效应。爱因斯坦狭义相对论认为，在不同速度的参考系中，时间流速是相对的，是不一样的。相对速度较慢的参考系，速度越快的参考系，时间流逝得就越慢。
但这种改变在日常低速系中很难察觉，如在汽车、火车、飞机上就几乎可以忽略不计。在宇宙航行中，速度达到每秒数千米或者数十数百千米，这种时间改变也很小，变化是以微秒毫秒计算。但由于宇宙航行导航精确性要求很高，即便相差微秒毫秒级，也会失之毫厘谬以千里。因此航天器上的时钟都是要进行误差的相对论调整。如GPS导航系统，就要调整卫星的天地时间差，否则导航就会出现重大偏差。
速度时间膨胀的计算公式为：t'=t/√[1-(v/c)²]，式中，t‘是速度时间膨胀效应值；t是低速系观测者第一个时钟时间记录；v是第二个时钟相对第一个时钟的移动速度；c为光速。
在飞船中时间会减慢多少？
根据上述公式计算，现在每秒只有十几千米的载人飞船，时间膨胀效应很微弱，观测感觉几乎可以忽略不计。当飞船速度达到光速的50%时，也就是每秒约15万千米时，飞船里的时间流逝就比较明显了，比低速系观测者慢约1.1547倍。也就是飞船里的人过了1天24小时，地球人就过去了27.7128小时，飞船里的人过了1年，地球人就过了约1.155年，也就是近422天。
当达到光速的80%时，飞船里的时间流逝会比低速系观测者慢1.66倍；飞船速度达到了99%时，飞船里的时间流逝会比低速系观测者慢7.09倍；飞船速度达到99.99%时，飞船里时间流逝会比低速观测者慢70.7倍。
以后速度在小数点后每提升两个9，时间就会慢10倍，以此类推，以致无穷。光速可以无限接近，时间呈无限变慢的趋势，但无法达到光速，达到了光速则时间停滞，空间为零，这样的世界是不存在的。因此计算时间膨胀效应，只有速度还没有达到光速时才有意义。
在无限接近光速飞船中时间会趋于无限慢。
如果乘坐达到了光速99.999999999999%的飞船，飞船里时间流逝比地球上时间流逝就会慢约707万倍，这样飞船里的人过了1年，地球上就过去了707万年。在这种速度飞船里乘员感觉飞了10分钟回来，地球就过去了134年多了。
乘坐这种飞船前往254万光年距离的仙女座星系，飞船里的人只感觉过去了4个多月就到了，来回只需不到九个月，回到地球早已沧海桑田，地球时间已经过去了500多万年。
速度时间膨胀效应不仅仅是理论猜想，早就已经被无数次试验和实践所证实，现在已经在宇宙航行和卫星定位系统等方面广泛应用。但迄今为止，由于人类航天器飞行速度相比光速还只是蜗牛速度，因此时间膨胀效应并不明显，但探测一些接近光速的粒子衰变，效应就很明显了。
人类飞船很难提升到接近光速。
人类依靠提升飞船移动速度进行星际航行是很困难的，因为速度提升除了时间膨胀效应，还有质增效应。狭义相对论认为，速度越快，动质量越高，需要驱动飞船的能量就越大，速度趋于无限接近光速，所需驱动能量就会趋于无限大。
质增效应的大小适用质速关系公式：M=m/√[1-（v/c）^2]，这里的M为物质的运动质量，m为物质的静质量，v为运动速度，c为光速。
从这个公式我们可以看出，与前面的速度时间膨胀公式是一致的，也就是说，时间膨胀了多少倍，动质量就会增加多少倍。这样如果一个达到光速99.99%的飞船，动质量就会增加70.7倍；而如果速度达到光速的99.999999999999%，动质量就会增加707万倍。
如果这艘飞船静质量为100吨，达到光速的99.99%时，动质量就达到了7070吨；如果达到光速的99.999999999999%，动质量就达到了约7.07亿吨。这时推动飞船前行的动力要多大？刹车要多久？因此星际航行依靠无限提升飞船速度是不可能的，在飞船里实现明显的速度时间膨胀效应也是不够现实的。
未来航天突破速度瓶颈的办法。
未来解决深空航行速度瓶颈，科技界看好的办法有两个：
一个是时空折叠技术，就是所谓的曲速引擎。这种方法可以用神话中的“缩地法”来形容，就是通过重力场，将时空扭曲，就像将一张大纸折叠成折扇状，一只蚂蚁就可以从这边迅速跨越到另一边；
二是利用虫洞穿越。这也是在巨大引力漩涡中，形成了一个连接两个遥远时空的“隧道”，因此又叫时空隧道。这有点像火车钻山洞过隧道，无须绕弯，就能到达山的那边。
这两种方式都不是直接提升飞船本身的速度，而是通过巨大能量将时空距离缩短，通俗地说，前者就是跨越时空沟壑，后者就是走捷径。通过时空扭曲，将遥远光年尺度的路途，变得很近。
这种技术无须飞船达到亚光速，更无需达到光速，但却能够比光速还快到达目的地。这两种方法都不会出现时间膨胀效应，因为飞船并没有加快，只是抄了近道。不过这两种方法至今还只是理论上有可能实现，尚属于科幻范畴。
最后提醒一下：时间膨胀并不会让人长寿。
速度时间膨胀效应，只是在不同速度参考系中比较，才能够显示出来，结果就是低速系时间流逝相对高速系，时间流逝更快而已。注意这里说的是“相对”，如果没有“相对”，在自己系统里，比如在飞船上，不管速度多快（光速以内），乘员感受到到的时间还是一分一秒度过的，因此他们过了一年就是一年，能活80岁还是活80岁。
但就像前面说的，当他们回到地球时，地球相对时间已经过去了很多很多年，这样看起来飞船里的人就似乎长寿了很多，但实际上他们感受到的时间寿命还是和地球人一样的。因为一个人是不是长寿，主要是自己体验是不是比别人活得时间更多，从这个意义上来说，飞船中和地球上的人对时间的体验都是一样的。
讲了这么多，不知道大家明白了没有？如有疑问请在评论区留言，本人将尽量解答。如喜欢我的文章，请关注支持。感谢阅读，欢迎讨论。
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