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如果一个人光速飞行10秒钟后返回地球,他还能见到自己的家人吗?

科学黑洞 2020-06-04 16:34:53
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这样的问题是非常有意思的,因为答案打破了常规思维方式,如果一个人光速飞行10秒钟,再返回地球,那么他将永远都见不到自己的家人,地球上会发生沧海桑田的变化,今天我们就把这个问题彻底地搞清楚。

如果一个人光速飞行10秒钟后返回地球,他还能见到自己的家人吗?

在现代社会日常生活中,所有人都是坚持着绝对时空观念的,简单来理解就是每个人的时间尺度是相同的。例如公司规定早上10点上班,那么大家都会在10点之前赶到公司打卡上班,这就不会出现问题。这也是从牛顿时代一直坚持到今天的思维方式,但实际上所谓的绝对时空观是错误的,爱因斯坦相对论的提出修正了经典物理学,牛顿的绝对时空观也被打破。

理论上每个人都有自己的时间,从相对论的角度来出发,就是与运动速度和所处位置的时空曲率(引力)大小有关。结论都很清楚,那么是如何推导出来的哪?

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时间最表观的理解就是钟表秒针每移动一隔就是1秒钟,而这个一秒钟的长度可以有更准确的定义。在物理学中科学家设想了一种“光子钟”,从它的原理可以知道这个“光子钟”是非常精确的,首先寻找两块反射镜平行放置,两块镜的距离是30cm,那么按照真空中光速30万公里每秒来计算,光子在两块发射镜之间往复运动5亿次就是1秒钟。

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此时可以设想如果一个人带着光子钟坐进快速飞行的飞船,同时地面上有一个人拿着光子钟不动。那么结果就是地面上的人看到飞船中“光子钟”往复运动的光子走的是一条斜线。那么这个时候问题会出现了,在飞船中的那个人看着自己的光子钟是正常走动的,但实际上光子的飞行距离变长了。

同时根据“光速不变原理”,飞船中的光子在上下两块发射镜之间的往复次数就减少了。正常情况光子需要上下往复5亿次,但实际飞船上的光子只往复了2.5亿次,最终的结果就是飞船中的时间变慢了(膨胀)。

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同时我们还可以通过这个思维实验推导出时间膨胀公示,非常简单容易理解,只要你知道勾股定理就好。我们要先设定真空中光速为c,飞船相对于地面的运动速度v,飞船中的时间是t,面上的时间t‘。

根据勾股定理列出如下公式:

(ct‘)^2=(ct)^2+(vt’)^2

对公式进行整理开根号最后就是时间膨胀公式如下:

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从这里可以看到,时间的流逝速度和物体的运动速度有关,运动速度越快时间的流逝速度越慢,理论上来讲如果物体运动速度为光速,那么最终时间流逝速度就为零了,这也就意味着时间停止不再流逝了。

但是狭义相对论中还对物体的运动速度有限制,理论上有静止质量的物体永远都达不到光速,只能无限接近于光速,那也就说明时间无限的接近于静止。那么问题的答案也就出现了,一个人光速非常10秒钟,这里的10秒钟是他自己的时间,但是在地球上可能过了千年万年甚至是上亿年,已经是沧海桑田了。

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并且运动速度对时间的影响时刻都存在,只不过我们都生活在地球上,这里就是一个低速的世界,造成的时间膨胀全部都可以忽略不计的。因此说绝对时空观虽然是错误的,但是在日常生活中依然是最适用的。

如果一个人光速飞行10秒钟后返回地球,他还能见到自己的家人吗?

而爱因斯坦狭义相对论和广义相对论中的时间膨胀效应都已经被实验验证过,同时现在的导航卫星甚至还需提前计算出时间膨胀效应引起的时间差,从而提前调整,这才能准确地为人类导航。

因为时间膨胀效应的存在,就是爱因斯坦留给人类文明的一个彩蛋,我们知道宇宙是非常大的,目前可观测宇宙直径已经达到了930亿光年。但是在这样大的宇宙空间中,光速就显的慢如龟速了。人类最多百年寿命,按照以前的想法就是按照光速飞行,一生最多飞行100光年,这个距离太短了。仅仅银河系还要20万光年的直径哪!

如果一个人光速飞行10秒钟后返回地球,他还能见到自己的家人吗?

但正是由于时间膨胀的存在,人类可以用百年光阴飞行更远的距离,只要速度足够的快,那么就一切皆有可能。如果真的实现了达到光速,那么无论到任何地方都只是瞬间的事情,当然这个时间只是针对于飞船内部,至于飞船外部时间依然是正常的流逝。

文/科学黑洞,图片来源网络侵删。

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