如果我們用光速飛行,三百萬光年的距離需要飛多久?

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我們先假設可以以光速飛行,那麼就是這樣的情況,坐在飛船上的駕駛員會覺得此次旅程根本沒有花費時間,在他的飛船加速至光速時,就已經需要減速到達目的地了。

而地球上的人,如果不考慮宇宙膨脹的話,那麼就是過了實打實的三百萬年,這是什麼原因呢?來看:

時間膨脹效應:當運行的速度越快,時間就越慢,接近光速,時間幾乎靜止,達到光速,時間停止;

長度收縮效應:當運行的速度越快,空間長度就越短,越接近光速,空間長度就越趨近於一個點,當達到光速時,空間長度縮為一個點,起點與終點在一起了。

假設,先不用光速飛行,先用0.5c的速度飛行,那麼情況就是這樣的了,根據公式計算的話(L0表示的是實際的300萬光年,L表示的是飛船實際飛行的距離):

當飛船速度為0.5c時,飛船上的人會感覺到只航行了2598076光年,用的時間是5196152年;

當飛船的速度攀升到0.99999999999c時,飛船上的人會感覺到只航行了13.41640786496光年,用的時間是13.41640786509年。

可以看到,當飛船的速度越來越接近光速時,飛船實際航行的距離就會變得越來越短,用的時間也就越來越少,直至飛船的速度到達光速時,起點與終點在一起了,所以,實際上來看,飛船上的人是感覺不到時間流逝的,然後就到達了目的地。

但是,在這個宇宙中,打造光速飛船是不可能的,在《三體》中也有如此描述,程心駕駛接近光速的飛船飛到287光年外,只用了52個小時。


一枚遊戲科幻迷


簡單回答。光年是個距離單位,是光速在真空中走一年的時間距離,相當於9.46萬億公里。

三百萬光年的距離,當然是光走300萬年的距離了,那麼以光速飛過去,從觀測者來看,同樣要300萬年才能到達。

但狹義相對論有一個尺縮鐘慢效應,就是在不同的參照系,看到的物體長度和感受的時間是相對的,不一樣的。

速度越快的物體觀測者看起來就越短,而越快行進物體上的人感覺時間就過得越慢。而到了光速,一切都停止了,所以飛船上的人感覺不到時間的流逝,300萬年的距離瞬間就到達了。

這樣就出現了一個問題,在地球上的人們已經過了三百萬年,滄海桑田,子子孫孫都過了多少萬代了,飛船上的人們回來還停留在三百萬年前的年代,自己的親人一個都找不到了,後代也不知道在哪裡了,這也是一個很悲摧的事情。

愛因斯坦的光速極限理論是指在我們這個時空中,光速是最快的,一切有靜止質量的物體都無法達到光速。

因此人類要想發明一個以光速行進的航天器是不可能的,但這個宇宙有兩種方法可以打破光速限制,那就是宇宙膨脹和曲速引擎。現在已經證實,宇宙的膨脹是超過光速的,宇宙大爆炸距今138億年,但可視範圍達到半徑465億年。但人類無法制造宇宙膨脹,只能在曲速引擎打主意。

曲速引擎是運用扭曲時空的原理來實現超光速旅行的,這種超光速不是“行進”,而更像是“跳躍”,即通過扭曲摺疊時空,從這個地方跳到遙遠的地方。

就比如一張紙,把它摺疊起來,就能夠瞬間從這個邊緣“跳到”那個邊緣。這種引擎原理不違背光速限制原則,因為觀測者的時間感覺會同飛船裡的人感覺一樣,這邊過了一年,那裡也只過了一年。


時空通訊


光速是宇宙中最快的速度,沒有任何粒子的速度能夠超過光速,這也是當前物理學的基礎之一。如果以光速進行飛行,從地球上看這個宇航員要前往300萬光年之外的星球那自然要飛300萬年內,一點都不打折,但是在對於這位宇航員而言,他的時間和地球上的時間是不一樣的。如果按慢鍾效應所說的那樣,以光速飛行的宇航員時間接近靜止,空間就會變成一個點,顯然根據相對論效應,那麼這一個宇航員被說飛多久了,馬上就掛了。

在現代物理學理論中,超光速是不可能出現的,因為一旦出現,那麼物理學的基礎就沒有了,沒有物體能夠超過光速,只有零質量的粒子才能達到光速。超光速也會引發因果問題,比如一個超光速飛行的航天器,如果他返回地球,那麼就可能出現他在出發之前就返回了,顛倒了時空內的因果關係。如果非要設想一下用光速飛行的後果,那麼三百萬光年的距離對於宇航員而言,時間幾乎是沒走多遠,而地球上卻是滄海桑田,所有的東西都變了。而在飛船上看地球,亮點會越來越暗,直到消失。因為地球上的光不會抵達飛船,你看到的地球永遠只有一個樣子。超光速是不可能出現的,如果要進行超光速,那麼肯定不是以現在的方式,而是以時空扭曲的形式前進。比如曲速驅動,利用時空的結構進行超光速旅行,不違反物理學基礎。


川陀太空


這個問題其實漏洞百出,首先,我們不能達到光速飛行,未來也不可能,因為當我們達到光速,質量就會變得無限大,我們也無法找到更多的推進器來推動無限大的物體光速前行,如果我們真想光速前進,那我們就得學學光子,一開始就不具備質量。那麼構成你的這些粒子就會消散。所以是不可能的。

其次,飛行三百萬光年的距離需要的時間。這一點也是有歧義的,既然就要用到相對論效應了,那麼自然就要考慮相對時間,到底是地球上過了多少年,還是你在飛行時過了多少年。

所以這個問題實際上是不能回答的。

不過,還是可以說一說其中的一些道理。

首先當你作為飛行員的視角,那麼你還必須得注意一個相對論效應:長度的收縮。現在我們來解釋一下為什麼會產生長度收縮。

我們假設你在以260000公里每秒的速度在外太空前行。這也是光速的87%速度。光速是300000公里每秒。

你這裡的一秒鐘等於地球的兩秒(這是真的)。

在這兩秒內,地球上的人認為你移動了520000公里。但是,問題就在你認為你在一秒鐘內移動了520000公里!

你的速度就是520000公里每秒。

你打破了極限速度。

但是,這是不可能的,狹義相對論中,時間的膨脹必然伴隨了距離的收縮,所以,你並沒有感覺你移動了520000公里,而是260000公里。你觀察的1公里在地球人觀察只有半公里。

速度與觀察者無關,但時間與長度取決於觀察者。


懷疑探索者


在回答這個問題之前,先來了解一下背景知識。自愛因斯坦提出了狹義相對論之後,打破了牛頓時期確立下來的絕對時空觀。在狹義相對論中,時間和空間不再是絕對的,而是與觀測者所處的慣性參照系有關,並且不同慣性系的觀測者所測得的物理量可以通過洛倫茲變換進行轉換:γ=1/√(1-v^2/c^2),其中v是兩個慣性系的相對速度,c是光速。

狹義相對論有三條非常重要的推論:(1)有質量的運動物體不可能達到光速,光速是一切運動物體的速度上限;(2)運動時鐘走得比靜止時鐘慢,兩者之間可以通過洛倫茲變換進行轉換:Δt=γΔT(ΔT動鍾時間,Δt靜鍾時間),此即為時間膨脹效應;(3)相對於靜止觀測者而言,運動觀測者測得運動方向上的距離縮短,兩者之間可以通過洛倫茲變換進行轉換:L=l/γ(L運動觀測者測得的距離,l為靜止觀測者測得的距離),此即為長度收縮效應。

因此,我們無法實現光速飛行。不過,很多人總是喜歡幻想光速運動的樣子,我們就假設一下如果實現光速飛行,那麼,觀察者將無法感受到時間的流逝,飛到300萬光年之外不需要任何的時間,這樣沒什麼意義。

下面討論一下更符合相對論的情況,假設我們以光速的99.9999999%(總共9個9)飛行300萬光年,則γ=22361。如果這個300萬光年的距離是由地球上的觀測者測得,那麼,地球上的人會認為“光速運動者”的飛行時間大約是300萬年,而“光速運動者”會認為自己所經歷的時間為:3000000/22361年≈134年;“光速運動者”會認為自己的飛行距離只有大約134光年。如果這個300萬光年的距離是由“光速運動者”測得,那麼,“光速運動者”會認為自己的飛行時間大約為300萬年,而地球上的人會認為時間已經過去了:3000000×22361年≈671億年,這就是所謂的滄海桑田吧……


火星一號


首先,要糾正題主的一個錯誤,就是按照現有的理論,一般物質無法達到光速,只能逼近光速。比如說達到0.9倍光速、0.99倍光速。0.9和0.99以及0.999看起來差別不大,比如說0.999只比0.99大0.009而已,但在特定的參考系中,耗費的時間卻有巨大的差異。

正因為有這個巨大的差異,所以這裡無法直接回答所需要的時間。如果消耗的時間只是線性變化的話,那很容易,用0.999c的速度近似就可以了,但這裡卻不可以。因為根據相對論的鐘慢效應,人看飛船中的時鐘,其耗時其實要慢很多,比如說就按照0.999倍光速來算,地球上的人來看,飛行三百萬光年很好算,即三百萬/0.999即可,即是300.3萬年。但飛船中的時間卻不是這樣,他們看起來只過了13.4萬年。

前面說了,雖然0.999只比0.99大0.009而已,但在特定的參考系中,耗費的時間卻有巨大的差異。我們來看看0.99倍光速時,飛船內需要過多少年呢?答案是42萬年,比13.4多了好幾倍。如果要讓飛船內耗時接近人的壽命,速度要比0.999光速還要高,這裡的意思是,要在後面多加很多個「9」,進過計算,0後面要有十個「9」才能將飛船內的耗時降到42年,對於人類來說,勉強可以接受。但這個時候,由於相對論效應,飛船的需要極大的能量,遠不是0.9999999999比0.99多出的那麼多。即使能量足夠,但不要高興的太早,對於地球上的觀測者來說,仍然要三百萬年才能觀測到飛船到達目的地。


章彥博


難道不是題目已經給出答案了嗎?光年就是個距離單位,就是按光速運動一年的距離。光年是用於度量宇宙的單位。那麼300萬光年按光速的話理論上就需要300萬年。


但是題目上說我們按光速飛行!好吧,答案還是300萬年。但是,目前除了光,還沒有什麼物體能達到光速,更別說人造飛行器了。而且根據愛因斯坦質量方程,物體質量會隨運動速度增大而增大,當速度達到光速時,質量就變得無窮大,而無窮大質量的飛行器得需要多少多大功率多少能量輸出才能推動其運動且保持光速運動呢?所以,按光速是飛不動的,所謂“欲速而不達啊”,慢一點反而可以到達。


柳小慶


如果我們用光速飛行,三百萬光年的距離需要飛多久?

這是一個比較有趣的問題,儘管以我們人類的技術是不可能達到的,但一而再、再而三的提出了光速甚至超光速的問題,表達了我們對速度的終極追求,那麼我們也不能讓大家破滅了這個希望,就假定能達到光速的前提下,來做個計算,三百萬光年需要飛行多久!

300萬光年大概約為百萬秒差距少一點,這個這個尺度上,宇宙的膨脹增加了約73.2(KM/s)MPc左右,當然這個對我們計算時間上是有一些差距的,或者也可以忽略宇宙膨脹的速度不計。

T為飛船上時間,T'為地面時間,V為速度,C為光速,很簡單幾乎目測就可以算出飛船時間為0,沒錯,光速飛船上的時間處於停滯狀態,因此距離多遠對飛船時間並無什麼影響,因此無論是否計算宇宙膨脹的距離,飛船的時間都是不會變的。

地面時間就有一些區別了,T=L/C=300萬年,那麼當300萬年後到達那個位置時,這個目標已經不在那裡了,我們計算下膨脹了多少距離

L=HT=73.2×3000000Y×365D×86400S=6925305600000000/1光年=732光年

當然上文忽略了膨脹後距離增加之後速度增加的問題,如果有興趣您可以把這個也加進去,但差距不會太大。

合計T=T1+T2=3000000+732=3000732年!

地面人員則看到光速飛船到300萬光年外的星系總共花了3000732年,如上計算應該不難,您可以自行計算看看是否有出入!


星辰大海路上的種花家


這個問題本來是一個很簡單的問題,之所以不懂,說白一點就是對光年這個距離概念非常模糊!


拋開能不能達到光速,或者其它超越光速等等無聊話題,可以很明確的來說,300萬光年以光速飛行,所用時間就是300萬年!

所謂光年這個距離單位,就是光以年為時間飛行的距離。一光年就是光飛行一年的距離,300萬光年就是光飛行300萬年的距離!

之所以科學界用光年來衡量距離,是因為宇宙實在太大了,單單可觀測直徑就是138億光年。單純用米,千米,甚至萬千米,億萬千米,都是非常龐大無法書寫的數字。



畢竟光一秒在真空狀態的飛行距離就差不多3000000千米,要是算光飛行300萬年的距離最後用千米為單位,朋友們可以算下。

一小時3600秒,一天24小時,一年365天……


良良引力波


結果很簡單

利用公式:T = S/V 就能得出結果,三百萬光年的距離以光速飛行需要三百萬年時間。

可能性分析

  • 能源危機

像人類這麼大質量的物質要達到光速飛行需要巨大的能量。以當今人類的科技,飛行器提速依賴燃料。那麼問題又來了,帶上燃料意味著質量更大,需要更多的能量,然後帶更多燃料。死循環了!

  • 重力加速度

速度為0到速度為光速,這中間經歷的加速過程人類的小身板估計承受不起。還有就是時間問題,這麼長的時間,要有幾成熟的冷凍休眠技術才能熬下來。

一線生機

那是不是就不可能完成長距離航行?這也不盡然。上述分析都是在空間曲率正常的情況下進行的,如果空間曲率變化,兩點間出現類似蟲洞這樣的鏈接?

這個問題太大了,你可以跳進去試試,祝你好運!



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