你认为是一分钟，其实是一生光速飞行的时间错位

发布时间：2023-07-26 10:30:45 所属栏目：动态来源：互联网

导读： 　　在不同的科幻作品中我们会发现一些人能够前往时空中或者未来时代亦或是历史的某个时刻。这种情景听起来很神奇，但是在物理学中，它并不是完全不可能的。爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，

　　在不同的科幻作品中我们会发现一些人能够前往时空中或者未来时代亦或是历史的某个时刻。这种情景听起来很神奇，但是在物理学中，它并不是完全不可能的。爱因斯坦的狭义相对论告诉我们，时间并不是绝对的，而是相对的，它会随着速度和重力的变化而变化。也就是说，不同的参照系和运动状态下，时间流逝的速度是不一样的。

　　那么，如果你以光速离开地球，一分钟后返回地球，还能见到你家人吗？这个问题看起来很简单，但是答案却很复杂。要回答这个问题，我们需要先了解一些狭义相对论的基本概念和原理。

　　狭义相对论是建立在两大公式基础上的，其中一个非常重要的公设就是光速不变原理，狭义相对论中的时间膨胀效应、尺缩效应等都是基于光速不变原理推导出来的。

　　何为光速不变原理？并不是指“光在真空中的速度为每秒30万公里”，而是指在任何情况下，任何参照系统和运动状态下，真空中的光速都保持每秒30万公里不变。

　　举个例子，我静止在地面上不动，你以0.99倍光速追赶一束光，在我眼里，你与这束光的相对速度是多少呢？

　　你可能会回答0.01倍光速，也就是光速减去你飞行的速度，我们平时计算相对速度时都是这样计算的。

　　但事实并非如此，在我眼里，你与那束光的相对速度仍旧是光速。这就是光速不变原理，光速就是如此霸道，保持绝对不变。

　　而速度与时间和空间息息相关，如果光速保持绝对不变，意味着空间和时间必须做出相应改变，只有这样才能保证在任何情况下，光速都绝对不变。

　　那么，时间和空间到底该如何改变呢？具体就表现为时间膨胀效应和萎缩效应，两个效应是等价的，也是同时出现的，因为时间和空间是有机的整体，两者不可分割。

　　时间膨胀效应指的是，在同一个事件发生时，在不同参照系或运动状态下观察者感受到的时间长度是不一样的。一般来说，在静止参照系中观察者感受到的时间长度最短，在运动参照系中观察者感受到的时间长度最长。而且随着参照物的运动相应的参照系中每位观察者的速度越接近光速之下时相应地感受到的时间长度越持续时间长。

　　举个例子，在火车上有一个人拿着一个闪光灯，在火车正中间向上发出一束闪光。火车上有一个人站在正中间，地面上有一个人站在火车旁边。这两个人都看到了闪光，但是他们感受到的时间是不一样的。

　　在火车上的人看来，闪光是垂直向上发出的，从发出到被接收的时间就是光在垂直方向上走过的距离除以光速。而在地面上的人看来，闪光是斜向上发出的，从发出到被接收的时间就是光在斜向上走过的距离除以光速。由于斜向上的距离比垂直方向上的距离要长，所以地面上的人感受到的时间要比火车上的人感受到的时间要长。

　　这就是时间膨胀效应，运动参照系中观察者感受到的时间要比静止参照系中观察者感受到的时间要长。而且随着运动参照系中观察者的速度越接近光速，时间膨胀效应就越明显。

　　尺缩效应指的是，在同一个物体上，在不同参照系或运动状态下观察者测量到的物体长度是不一样的。一般来说，在静止参照系中观察者测量到的物体长度最长，在运动参照系中观察者测量到的物体长度最短。而且随着运动参照系中观察者的速度越接近光速时测量到的物体长度越短。

　　举个例子，在火车上有一个人拿着一个尺子，尺子平放在火车正中间。火车上有一个人站在正中间，地面上有一个人站在火车旁边。这两个人都看到了尺子，但是他们测量到的尺子长度是不一样的。

　　在火车上的人看来，尺子是水平放置的，他用眼睛或其他工具测量尺子长度就是尺子本身的长度。而在地面上的人看来，尺子是倾斜放置的，他用眼睛或其他工具测量尺子长度就是尺子在水平方向上投影出来的长度。由于水平方向上投影出来的长度比尺子本身的长度要短，所以地面上的人测量到的尺子长度要比火车上的人测量到的尺子长度要短。

　　这就是尺缩效应，运动参照系中观察者测量到的物体长度要比静止参照系中观察者测量到的物体长度要短。而且随着样本中运动轨道的参照系中运动的观察者的速度越接近光速，样本中的尺缩效应就越明显。

　　回到我们的问题，如果你以光速离开地球，一分钟后返回地球，还能见到你家人吗？答案是不能。因为你在以光速飞行时，你感受到的时间几乎停止了，而地球上的时间却在正常流逝。当你返回地球时，你只经历了一分钟，而地球上已经过去了很长很长的时间，可能是几千年，几万年，甚至更长。你家人早就不在了，甚至地球也可能不在了。

　　这就是时间膨胀效应的极端表现，当你的速度无限接近光速时，你感受到的时间无限缩短，而外部世界感受到的时间无限延长。这种情况下，你和外部世界之间的时间差距是无限大的。

　　所以，如果你想见到你家人，千万不要以光速飞行。即使你以亚光速飞行，也要注意控制好飞行时间和速度，否则你回来时可能会发现你家人已经老去或死去了。

　　光速不变原理是狭义相对论的核心公设之一，它决定了时间和空间是相对的，而不是绝对的。在不同参照系或运动状态下，时间流逝和空间长度会发生变化，这就是时间膨胀效应和尺缩效应。这些效应在低速世界很难观察到，但在高速世界却非常明显。如果我们以光速或亚光速飞行，我们会发现我们和外部世界之间的时间差距会越来越大。所以，在光速和亚光速世界里，参照系的选择很重要。假如我们以光速飞行，那么参照系就应该是光速，因为光速是宇宙中最快的速度。

（编辑：财气旺网 - 财气网）

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