如果以光速离开地面一分钟,马上返回,到达地面后,地球上过了多久?

如题所述

实际上这个问题很好回答,但由于题目并没有交代清楚这“一分钟”是相对于谁的,因此咱们分两种情况来回答。

“一分钟”是相对于地面观察者的答案

如果不考虑加速、减速、掉头、再加速和再减速等过程所需的时间 (这些时间会远远大于1分钟,否则加速度会无限大得让人受不了), 也不考虑是否能达到光速 (相对论告诉我们,任何静质量不为0的物体永远不可能达到光速), 那么在地球观察者看来,以光速离开地面一分钟,马上返回,到达地面后,地球上只过了2分钟。

“一分钟”是相对于飞船的答案

题目虽没有说明是人乘坐飞船等物离开地球再返回,但我们也只能这样理解。如果人是乘坐光速飞船, 那对于飞船和飞船中的人来讲,是没有一分钟的时间概念的 (光速飞行的物体,包括光是没有时间的,因为光速是脱离我们这个宇宙的界限,一旦达到就不会再以时间和空间的方式存在了,而脱离宇宙谈何容易,因此光速成为不可超越的限制,实际上本宇宙中是不存在光速飞行的物体的), 无论是人还是飞船都成为光了,不再以时空方式存在,因而无法判断离开多少时间,以及地球过了多少时间的问题。

事实上,只有人和飞船以接近光速飞行,这个问题才变得有意义。

比如飞船以99%的光速飞行一分钟(这时当然有时间概念的),再用一分钟返回地球,那地球过了14分钟。如果飞船以99.9999%的光速飞行1分钟,那么地球就过了1414分钟,刚好接近一天。如果飞船以99.99999999999999%的光速飞行1分钟,时间将膨胀7千万倍,那么地球将会过270年左右。这是通过狭义相对论的时间膨胀公式计算出来的。

(其中,t′为地球的时间,t为飞船的时间,这里为1分钟,V为飞船的速度,C为光速。可以看出Ⅴ越接近光速,t′越大)

在无限接近光速的过程中,飞船中人的任一瞬间,也许地面上会经历无数的沧海桑田,

历经佛教上说的无数大劫,比玉皇大帝的修行历练的时间(《西游记》中说玉皇大常共历经1750劫,约合2.3亿年)都要长。

网上这种问题还真不少,虽然这种问题的实际意义不大,但时不时的用这类问题锻炼一下思维,开开脑洞, 娱乐 一下还是可以的。

对于光速,至少相对论已经把有静质量的物体以及信息的传递速度限制在光速以内,但也不妨碍我们进行一次思维实验。关于光速运动的物体的时间问题,重点是你要选择一个参考系来看,因为在相对论的体系中,时空(时间与空间)不是绝对的,时间会变(时间膨胀效应),空间也会变(空间弯曲)。

如果单看时间的话,我们可以做一个这样的假设,当你驾驶一艘光速飞船,以光速飞离地球,先以地面作为参考系,地面的指挥部在你离开一分钟后马上通知你立刻返航(这里假设通讯是超光速无延时的),那么,在你收到这条信息后以光速返航,在地面的人来看,也就过了两分钟而已,这和地面平时指挥一架飞机差不多。

但是,在以你光速飞行的飞船作为参考系的话,你会发现,当你以光速出发的那一瞬间(时间为0秒)就马上收到了返航的指令,如果你的反应足够快,在0秒的时间内迅速返航(不考虑身体承受能力),当你回到地球,你会觉得这地面指挥脑子有问题,刚出发就回来,你自己的光速旅行时间还没有开始就结束了。但地面指挥却认为你已经以光速旅行了2分钟了。这是因为,在你以光速飞行的时候,你在光速飞船内感觉时间是正常流逝的,但飞船以外的时间是静止的,不管地面上的人是隔了一分钟还是一小时或者是一万年发出返航指令,对光速飞行的你都是一样的,都是在达到光速的瞬间就收到了返回信息。地面人员计算你光速飞行的时间完全取决于他们什么时候召唤你回来。

这实际上就是相对论中的时间膨胀效应,速度越快,时间相对就越慢,当你达到光速的时候,外部的时间就完全停止了,你就可以以光速一直飞到宇宙的尽头。这也算是另一种形式的永生了。

事实上,任何东西以光速离开地球后,它是无法与地球上同步一分钟后再回来的,因为它无法定义时间为0等同于一分钟这样一个节点。

光速飞行一分钟,已经超出了现有的物理学理论。相对论虽然是研究高速运动物体状态的理论,但是其仅仅限于低于光速时的状态。一旦物体运动速度达到光速,相对论就失去了效应。所以,关于达到光速运动时时间如何流逝,我们只能够猜测一下。



一、以曲速引擎实现超光速

如果利用曲速引擎实现空气的压缩、伸展来进行光速飞行,则不用考虑相对论时间膨胀效应。就是说不论我们飞行多久,我们的时间都是和地球同步的。故而我们以光速飞行一分钟,回到地球后地球也仅仅只过了一分钟。



二、达到光速已经脱离了时空,可以选择任意时间点返回地球。

爱因斯坦认为有质量物体无法达到光速,因为要实现光速飞行,物体的质量会变得无穷大。其实,换个角度我们可以想一想,既然我们的宇宙只允许有质量物体接近光速而无法达到,是否意味着我们只要达到光速就会脱离我们所在的时空,进入到高维空间呢?就像是<星际穿越>电影中男主角库珀进入黑洞之后,发现自己来到了一个超四维空间,里面时间是可视化的。那么我们达到光速后,或许也会进入一个这种四维的时空,里面时间是可视化的。所以,进入之后我们想再出来,可以随意选择一个时间点出来。但这个时间点一定是在我们进去之后的时间点。



当然了,以上仅仅是猜测,只有我们以后真的达到光速了才知道实际结果。各位认为呢?

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