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如果有人以亞光速飛行1天后回到地球,他的家人還在嗎?

根據愛因斯坦的狹義相對論,亞光速飛船上的時間會過得比地球上慢,因為飛船相對於地球運動。只要飛船的速度足夠接近光速,對於地球參照系來說,飛船上的時間趨於靜止。

說到這裡,有人可能會說了,既然飛船相對於地球運動,反過來,也可以認為地球相對於飛船運動,畢竟宇宙中沒有絕對靜止的參照系。在這種情況下,地球上的時間過得比飛船上更慢。那麽,究竟是哪個參照系的時間變慢了呢?

事實上,這個問題可以用閔可夫斯基空間中的世界線來解釋,詳見“雙生子佯謬”,這裡就不做展開。或者也可以從另一個角度來考慮,由於飛船的運動需要一個加速過程,所以飛船上的觀測者會真正感受到慣性力,飛船才是真正在加速運動,所以時間變慢的是飛船,而不是地球。

回到這個問題上來。為了便於計算,假設有一個人乘坐亞光速飛船飛行1天(飛船參照系的時間),然後回到地球上,他還能見到出發時的家人嗎?

根據鍾慢效應:

其中ΔT為飛船參照系的時間,Δt為地球參照系的時間,v為飛船相對於地球的運動速度,c為光速。

如果飛船的速度達到光速的99.999625%,當飛船飛行1天后降落地球時,地球上的時間已經是一年之後。地球上的人都已經老去一歲,飛船上的人只會覺得自己是在昨天離開地球的。當然,飛船上的人還能見到出發時的家人。

但如果飛船的速度被加速到光速的99.999999999625%,經歷一天太空之旅的人回到地球上時,地球上的時間已經過去1000年,當初他出發時的家人早已不在人世。

越接近光速,飛船上的時間相對過得越慢。雖然亞光速飛船上的人認為自己的壽命最多只有百來年,但這個時間對於地球上的人來說是非常漫長的。因此,通過這種方式,飛向地球的未來時間是可行的。

不過,這種時間穿越之旅是不現實的,因為飛船需要在極短的時間內加速到亞光速,這需要極高的加速度,人體不可能承受住這種極端過載。1g加速運動是更好的選擇,因為如果飛船在太空中以1g加速度運動,那麽,飛船上的人將會感受到類似於地球上的重力。

除了高速運動之外,擁有極端引力的天體,比如黑洞,也能產生極端的時間膨脹效應。正如《星際穿越》中所展現的那樣,在近距離環繞黑洞旋轉的行星上,時間過1個小時,對應的地球時間會經歷長達7年。

不過,離我們最近的黑洞也遠在3500光年之外,目前我們沒有辦法飛到那裡。

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