光速航行10分鐘，地球過(guò)了多少年？飛船乘員會(huì)長(zhǎng)壽嗎？

為什么說(shuō)以光速前行幾分鐘，再回到地球，這時(shí)地球就會(huì)過(guò)去好幾十年？

這是一個(gè)偽命題，或者說(shuō)是一個(gè)謬論。

因?yàn)樘岢龃藛?wèn)題的人根本不知道光速是怎么回事，只是道聽(tīng)途說(shuō)什么時(shí)光倒流、光速飛船中時(shí)間過(guò)得很慢之類的流言。事實(shí)上，如果這個(gè)世界真有達(dá)到光速移動(dòng)的飛船，根據(jù)愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論中的速度時(shí)間膨脹理論，時(shí)間流逝是停滯的，因此這個(gè)幾分鐘從哪里來(lái)的呢？這個(gè)時(shí)間是按照飛船里的時(shí)間算，還是按照地球時(shí)間算呢？

如果按照地球時(shí)間，過(guò)了幾分鐘這艘船回來(lái)了，那就是過(guò)了幾分鐘，不存在過(guò)了幾十年的問(wèn)題；如果按照飛船里的時(shí)間，飛船達(dá)到光速時(shí)間停滯，這些人根本沒(méi)有辦法知道過(guò)了幾分鐘。如果感到過(guò)了幾分鐘，那飛船就沒(méi)有達(dá)到光速，或者說(shuō)這幾分鐘是沒(méi)有達(dá)到光速之前的感受。

何謂速度時(shí)間膨脹效應(yīng)？

愛(ài)因斯坦的時(shí)間膨脹理論有兩種，一種是速度時(shí)間膨脹，一種是重力時(shí)間膨脹。今天就不說(shuō)重力時(shí)間膨脹效應(yīng)，只說(shuō)說(shuō)速度時(shí)間膨脹效應(yīng)。愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論認(rèn)為，在不同速度的參考系中，時(shí)間流速是相對(duì)的，是不一樣的。相對(duì)速度較慢的參考系，速度越快的參考系，時(shí)間流逝得就越慢。

但這種改變?cè)谌粘５退傧抵泻茈y察覺(jué)，如在汽車、火車、飛機(jī)上就幾乎可以忽略不計(jì)。在宇宙航行中，速度達(dá)到每秒數(shù)千米或者數(shù)十?dāng)?shù)百千米，這種時(shí)間改變也很小，變化是以微秒毫秒計(jì)算。但由于宇宙航行導(dǎo)航精確性要求很高，即便相差微秒毫秒級(jí)，也會(huì)失之毫厘謬以千里。因此航天器上的時(shí)鐘都是要進(jìn)行誤差的相對(duì)論調(diào)整。如GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，就要調(diào)整衛(wèi)星的天地時(shí)間差，否則導(dǎo)航就會(huì)出現(xiàn)重大偏差。

速度時(shí)間膨脹的計(jì)算公式為：t'=t/√[1-(v/c)2]，式中，t‘是速度時(shí)間膨脹效應(yīng)值；t是低速系觀測(cè)者第一個(gè)時(shí)鐘時(shí)間記錄；v是第二個(gè)時(shí)鐘相對(duì)第一個(gè)時(shí)鐘的移動(dòng)速度；c為光速。

在飛船中時(shí)間會(huì)減慢多少？

根據(jù)上述公式計(jì)算，現(xiàn)在每秒只有十幾千米的載人飛船，時(shí)間膨脹效應(yīng)很微弱，觀測(cè)感覺(jué)幾乎可以忽略不計(jì)。當(dāng)飛船速度達(dá)到光速的50%時(shí)，也就是每秒約15萬(wàn)千米時(shí)，飛船里的時(shí)間流逝就比較明顯了，比低速系觀測(cè)者慢約1.1547倍。也就是飛船里的人過(guò)了1天24小時(shí)，地球人就過(guò)去了27.7128小時(shí)，飛船里的人過(guò)了1年，地球人就過(guò)了約1.155年，也就是近422天。

當(dāng)達(dá)到光速的80%時(shí)，飛船里的時(shí)間流逝會(huì)比低速系觀測(cè)者慢1.66倍；飛船速度達(dá)到了99%時(shí)，飛船里的時(shí)間流逝會(huì)比低速系觀測(cè)者慢7.09倍；飛船速度達(dá)到99.99%時(shí)，飛船里時(shí)間流逝會(huì)比低速觀測(cè)者慢70.7倍。

以后速度在小數(shù)點(diǎn)后每提升兩個(gè)9，時(shí)間就會(huì)慢10倍，以此類推，以致無(wú)窮。光速可以無(wú)限接近，時(shí)間呈無(wú)限變慢的趨勢(shì)，但無(wú)法達(dá)到光速，達(dá)到了光速則時(shí)間停滯，空間為零，這樣的世界是不存在的。因此計(jì)算時(shí)間膨脹效應(yīng)，只有速度還沒(méi)有達(dá)到光速時(shí)才有意義。

在無(wú)限接近光速飛船中時(shí)間會(huì)趨于無(wú)限慢。

如果乘坐達(dá)到了光速99.999999999999%的飛船，飛船里時(shí)間流逝比地球上時(shí)間流逝就會(huì)慢約707萬(wàn)倍，這樣飛船里的人過(guò)了1年，地球上就過(guò)去了707萬(wàn)年。在這種速度飛船里乘員感覺(jué)飛了10分鐘回來(lái)，地球就過(guò)去了134年多了。

乘坐這種飛船前往254萬(wàn)光年距離的仙女座星系，飛船里的人只感覺(jué)過(guò)去了4個(gè)多月就到了，來(lái)回只需不到九個(gè)月，回到地球早已滄海桑田，地球時(shí)間已經(jīng)過(guò)去了500多萬(wàn)年。

速度時(shí)間膨脹效應(yīng)不僅僅是理論猜想，早就已經(jīng)被無(wú)數(shù)次試驗(yàn)和實(shí)踐所證實(shí)，現(xiàn)在已經(jīng)在宇宙航行和衛(wèi)星定位系統(tǒng)等方面廣泛應(yīng)用。但迄今為止，由于人類航天器飛行速度相比光速還只是蝸牛速度，因此時(shí)間膨脹效應(yīng)并不明顯，但探測(cè)一些接近光速的粒子衰變，效應(yīng)就很明顯了。

人類飛船很難提升到接近光速。

人類依靠提升飛船移動(dòng)速度進(jìn)行星際航行是很困難的，因?yàn)樗俣忍嵘藭r(shí)間膨脹效應(yīng)，還有質(zhì)增效應(yīng)。狹義相對(duì)論認(rèn)為，速度越快，動(dòng)質(zhì)量越高，需要驅(qū)動(dòng)飛船的能量就越大，速度趨于無(wú)限接近光速，所需驅(qū)動(dòng)能量就會(huì)趨于無(wú)限大。

質(zhì)增效應(yīng)的大小適用質(zhì)速關(guān)系公式：M=m/√[1-（v/c）^2]，這里的M為物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，m為物質(zhì)的靜質(zhì)量，v為運(yùn)動(dòng)速度，c為光速。

從這個(gè)公式我們可以看出，與前面的速度時(shí)間膨脹公式是一致的，也就是說(shuō)，時(shí)間膨脹了多少倍，動(dòng)質(zhì)量就會(huì)增加多少倍。這樣如果一個(gè)達(dá)到光速99.99%的飛船，動(dòng)質(zhì)量就會(huì)增加70.7倍；而如果速度達(dá)到光速的99.999999999999%，動(dòng)質(zhì)量就會(huì)增加707萬(wàn)倍。

如果這艘飛船靜質(zhì)量為100噸，達(dá)到光速的99.99%時(shí)，動(dòng)質(zhì)量就達(dá)到了7070噸；如果達(dá)到光速的99.999999999999%，動(dòng)質(zhì)量就達(dá)到了約7.07億噸。這時(shí)推動(dòng)飛船前行的動(dòng)力要多大？剎車要多久？因此星際航行依靠無(wú)限提升飛船速度是不可能的，在飛船里實(shí)現(xiàn)明顯的速度時(shí)間膨脹效應(yīng)也是不夠現(xiàn)實(shí)的。

未來(lái)航天突破速度瓶頸的辦法。

未來(lái)解決深空航行速度瓶頸，科技界看好的辦法有兩個(gè)：

一個(gè)是時(shí)空折疊技術(shù)，就是所謂的曲速引擎。這種方法可以用神話中的“縮地法”來(lái)形容，就是通過(guò)重力場(chǎng)，將時(shí)空扭曲，就像將一張大紙折疊成折扇狀，一只螞蟻就可以從這邊迅速跨越到另一邊；

二是利用蟲洞穿越。這也是在巨大引力漩渦中，形成了一個(gè)連接兩個(gè)遙遠(yuǎn)時(shí)空的“隧道”，因此又叫時(shí)空隧道。這有點(diǎn)像火車鉆山洞過(guò)隧道，無(wú)須繞彎，就能到達(dá)山的那邊。

這兩種方式都不是直接提升飛船本身的速度，而是通過(guò)巨大能量將時(shí)空距離縮短，通俗地說(shuō)，前者就是跨越時(shí)空溝壑，后者就是走捷徑。通過(guò)時(shí)空扭曲，將遙遠(yuǎn)光年尺度的路途，變得很近。

這種技術(shù)無(wú)須飛船達(dá)到亞光速，更無(wú)需達(dá)到光速，但卻能夠比光速還快到達(dá)目的地。這兩種方法都不會(huì)出現(xiàn)時(shí)間膨脹效應(yīng)，因?yàn)轱w船并沒(méi)有加快，只是抄了近道。不過(guò)這兩種方法至今還只是理論上有可能實(shí)現(xiàn)，尚屬于科幻范疇。

最后提醒一下：時(shí)間膨脹并不會(huì)讓人長(zhǎng)壽。

速度時(shí)間膨脹效應(yīng)，只是在不同速度參考系中比較，才能夠顯示出來(lái)，結(jié)果就是低速系時(shí)間流逝相對(duì)高速系，時(shí)間流逝更快而已。注意這里說(shuō)的是“相對(duì)”，如果沒(méi)有“相對(duì)”，在自己系統(tǒng)里，比如在飛船上，不管速度多快（光速以內(nèi)），乘員感受到到的時(shí)間還是一分一秒度過(guò)的，因此他們過(guò)了一年就是一年，能活80歲還是活80歲。

但就像前面說(shuō)的，當(dāng)他們回到地球時(shí)，地球相對(duì)時(shí)間已經(jīng)過(guò)去了很多很多年，這樣看起來(lái)飛船里的人就似乎長(zhǎng)壽了很多，但實(shí)際上他們感受到的時(shí)間壽命還是和地球人一樣的。因?yàn)橐粋€(gè)人是不是長(zhǎng)壽，主要是自己體驗(yàn)是不是比別人活得時(shí)間更多，從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，飛船中和地球上的人對(duì)時(shí)間的體驗(yàn)都是一樣的。

講了這么多，不知道大家明白了沒(méi)有？如有疑問(wèn)請(qǐng)?jiān)谠u(píng)論區(qū)留言，本人將盡量解答。如喜歡我的文章，請(qǐng)關(guān)注支持。感謝閱讀，歡迎討論。

時(shí)空通訊原創(chuàng)版權(quán)，侵權(quán)抄襲是不道德的行為，敬請(qǐng)理解合作。