宇宙飛船以光速飛行100光年,飛船內的人是否只過了一瞬間?

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答:是的!如果你的飛船能無限接近光速,而且飛船本身沒有使用空間曲速技術的話,那麼飛船內確實就是一瞬間。


這是相對論效應的結果,狹義相對論指出,參考系的時間流逝速度和物體運動速度有關,而且宏觀物體的速度不能達到或者超越光速,只能無限接近光速。

根據時間膨脹公式,物體運動速度越快,時間流逝速度越慢,兩者的關係和一個叫做洛倫茲因子γ有關:

在物體運行速度遠低於光速(30萬千米每秒)時,洛倫茲因子近似等於“1”,時間膨脹效應不明顯。


當物體的運動速度增加到:

(1)0.8倍光速,時間慢1.66倍;

(2)0.9倍光速,時間慢2.29倍;

(3)0.99倍光速,時間慢17倍;

(4)0.9999倍光速,時間慢70倍;

(5)0.999999倍光速,時間慢700倍;

(6)0.99999999倍光速,時間慢7000倍;

可見,當速度無限接近光速時,運動物體的時間無限減慢,直到幾乎停止,這就是相對論的神奇結論之一——鐘慢效應。


關於相對論的鐘慢效應,已被很多實驗證實,比如在1971年,德國物理學家利用高精度銫原子鐘,就對其進行了高置信度的驗證。

而且在我們使用的衛星定位中,高速飛行的同步衛星需要進行鐘慢效應的修正,否則將產生很大的誤差。

不過需要指出的是,廣義相對論描述時空是可以彎曲的,於是科學家又設想了一種曲速引擎,利用空間壓縮技術來實現曲速飛行,假如這種設想能實現,那麼曲速飛行下的飛船,將不再受狹義相對論效應的影響。


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艾伯史密斯


首先,必須要指出的是,對於像宇宙飛船這樣顯然具有質量的物體,再怎麼加速,也不可能達到光速,這就是狹義相對論的光速不可超越性。這是因為隨著宇宙飛船的速度變得越來越快,質量也會隨之增大,而質量在速度接近光速時將會急劇增加到無窮,具體如下圖所示:

對於質量趨於無窮大的宇宙飛船,想要進一步加速是不可能的,所以光速是飛船的運動速度所無法達到的極限。對於其他靜止質量不為零的物體也是一樣的,它們的運動速度都只能低於光速。這裡我們可以假設宇宙飛船的飛行速度為光速的99.99%。

此外,在涉及到相對論效應時,需要明確指出空間和時間是相對於哪個參照系的觀察者而言,因為不同參照系的觀察者所測得的時空具有很大的差異。如果地球上的觀察者測得兩個天體之間的距離為Δl,飛船上的觀察者測得同樣兩個天體之間的距離為ΔL,那麼,這兩者存在如下的關係:

其中v是飛船相對於地球的運動速度,c是光速。

如果地球上的觀察者認為宇宙飛船飛行了100光年,那麼,飛船上的觀察者會認為飛行距離為ΔL=100×√(1-0.9999^2)光年≈1.4光年。因此,地球上的觀察者會認為飛船的飛行時間大約為100年,而飛船上的觀察者會認為時間只過去了1.4年。

另一方面,如果宇宙飛船上的觀察者認為飛船飛行了100光年,那麼,他們所經歷的時間大約就是100年。但在地球上的觀察者看來,飛船的飛行距離為Δl=100/√(1-0.9999^2)光年≈7071光年,所以他們會認為飛船飛行了大約7071年的時間。


火星一號


這個問題躍躍欲試卻又欲言又止,假設飛船以光速飛行,飛船內的人一瞬間也沒有過。

在這裡有兩個參考系,飛船和地球。飛船參考系容易被忽略,導致很多人不理解時間怎麼會靜止。實際上以飛船作為參考系,是沒有鐘慢效應的,鐘慢效應是在地球參考系得出來的結論。


此時的相對論效應是尺縮效應,以高速運動的物體為參考系,在物體速度方向上所有的距離都會縮短,光速時縮短為零。所以對於光速飛船來說,它經過的距離為零, 所經歷的時間當然也是零。

以地球為參考系時,結論我們就熟悉了,在鐘慢效應下,只是飛船的時間靜止。以地球上的時間來作為參考,飛船以光速飛行了一百年,經過了一百光年的距離。


因此在地球的參考系,飛船行進了一百年,路程為一百光年。在飛船參考系,飛船行進路程為零,經過的時間也為零。問題實際上是把兩個參考系的路程和時間雜糅到了一起。


飛魚科普


很高興回答你的問題。

關於狹義相對論一共兩個前提條件,簡單來說就是光速不變原理和物理規律不變原理。有靜止質量的物體達不到光速,按照理論來說,可以無限接近光速(但實際很難能達到)。


按照題主所說光速飛船不符合狹義相對論,但是要想按照現有理論進行分析,以地球參考系來看,接近光速的飛船飛行100光年,地球觀測者時間大於100年,根據狹義相對論公式可計算(感興趣讀者自行計算)出飛船上的時間大約幾個小時,不是一瞬間,但是時間相比較來說確實很短。

(所有圖片來源網絡,侵刪)

結語:主要是狹義相對論,時間膨脹效應。

微言淺見,祝好。


科學黑洞


愛因斯坦的狹義相對論告訴我們:如果你運動的越快,那麼時間流逝的就越慢。而當你運動的速度等於光速時,時間就停止了。

但狹義相對論也告訴我們,如果把一個物體加速至光速,就需要非常多的能量,這些能量之多,以至於物體只能無限的接近光速,而無法超越。

現在我們假設,已經到達了光速,甚至進行超光速飛行,會發生什麼事情?

很多人會認為如果超光速,時間就會逆轉吧,也就是如果超光速飛行可以實現時間倒流,可以回到過去,當然在很多科幻影視作品中都是如此表現的。


但是有一個需要思考的事情就是有超光速飛行引起的宇宙因果律的變化,破壞因果關係,會產生很多悖論,但這些悖論是按照我們所遵從的物理世界分析所產生的,當然一切都是假設。

事實上超光速並不是不存在的,在量子力學中,有一種叫做量子糾纏的狀態,可以被看作是一種超光速的信息傳遞形式,還有就是宇宙自身的膨脹也是超光速的。

但是對於普通的物質,比如一個人,是否可以實現超光速呢?如果可以,又會對他產生什麼影響?他所看到的,所感受到的?又會怎樣?對於一般物質的超光速是一個在數學理論上能夠成立的假設,但超光速之後,那個物質(人)將會處於一種怎樣的狀態……



愛因斯坦的狹義相對論得出鐘慢效應,我們可藉助這個公式來計算時間的流逝,當你處在任何運動速度下都會有一個相對的時間,而當速度v再大,超過光速c時,得到的結果便是一個虛數,這是沒用任何意義的。

但還有一個神奇的公式,提出者是和愛因斯坦同時代的托爾曼,作為上面公式的升級版,經過計算可以得出,當速度大於光速時時間流逝的一個解是負數。注意通過這個公式得到的結果是負數,而不是虛數,這就說明超光速是有意義的。(參考:理查德托爾曼,The theory of relativity motion,59:Velocities greater than that of light.)

但負的時間流逝是一個什麼概念呢?

在物理學中有一個概念叫做反因果(retro-casuality),學術上把這種假象現象叫做:兩個事件(因和果)中的時空距離相似空間,是一對鏡像。



更加貼切的表示:這裡的時間已經不再是我們平日裡所理解的那個概念了,時間更像是一種實體化的空間,我們甚至可以隨便的走動

,走回過去,走向未來,當然這也只是一個推測假說,理論上可行,而在科學界本身爭議也有很多。


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DrGeek


根據愛因斯坦的相對論,任何有質量的物體的速度,只能無限接近光速,但永遠不可能達到光速。所以只能這樣說: 接近光速的飛船,飛到100光年以外的地方,相對於飛船內的人來說,只過了一瞬間。相對於地球上的人來說,已經過了100多年。

假如飛船以光速飛到100光年以外的地方,相對於飛船內的人來說,時間就是靜止的,就是不需要時間,在宇宙中無限遠的地方任意穿梭。相對於地球上的人來說,已經過去整整100年。

假如飛船以超光速飛到100光年以外的地方,相對於飛船內的人來說,時間就會倒流,就會出現今日出遊,昨天歸來的現象。相對於地球上的人來說,就是不到100年的時間而到達100光年以外的地方。

需要特別說明的是,等於或者大於光速的物體(飛船)在宇宙中是不存在的,只有質量為零的光的速度才能等於光速,也就是說坐在沒有質量的光子火箭上,才能達到光速。


mcz107436431


又是一個與光速比快慢的問題!愛因斯坦要是能復活,看到如此多光速飛行甚至超光速的問題,肯定氣暈了:我的狹義相對論都強調多少次了,任何有靜質量的物體都不可能達到光速,為何還有這麼多人痴情於光速飛行?

玩笑歸玩笑,我們都知道不可能達到光速,但既然是假設,那就一起暢想一下!

飛船光速飛行100光年的距離,地球時間過去了100年,這很好理解,路程除以速度就能得出答案!

但對於飛船上的人呢?

狹義相對論告訴我們,速度越快時間流逝就越慢,如果飛船速度達到光速,地球上的人會看到飛船時間完全靜止,也就是說時間一點也沒有流逝,不是一瞬間,而是完全沒有時間流逝。

至於速度回讓時間變慢多少,有一個簡單的公式很好地說明了這一點:

其中ΔT代表飛船上的時間,Δt表示地球上的時間,通過公式很容易算出飛船上流逝的時間為0,也就是永遠的靜止!而飛船外面的世界時間一直流逝,直到永遠!

這顯然不可能發生,也再次說明了任何有靜止質量的物體都不可能達到光速,開始的假設也變得毫無意義!


宇宙探索


把速度v=c代入上式中,那麼一切都是0,所以時間是靜止,不是隻過了一瞬間。


所以哥我猜想,如果實體物體速度達到光速,可能光速是個轉變速度,物質不再受時間限定,壽命無窮大。如光子、電子;物質不在有形態,而是以波有形式存在,這時你就不能再加速了。因為沒有了靜止質量。只是猜想,不必當真。玩笑而已。因為佛、道均有預眼功,由於人體腦電波傳輸是等於光速的。所以時間膨脹,預測功能的人能預測未來。


癲濟哥


是的,可以這麼說,但是達到光速的飛船隻能是一個想象,在這個宇宙中,有靜質量的物體怎麼都不會達到光速,更不用談超越光速了,這是宇宙鐵律。

而科幻作品中常常提到的超越光速,是利用時空的特性,並不是飛船真正的飛行速度超過了光速。

狹義相對論中提到了時間膨脹效應,相對你來說,運動中的時鐘要比相對你靜止的時鐘時間走得慢,而且運動速度越快,時間流逝得就愈慢。

但是在狹義相對論中並沒有提到過達到光速是什麼情況,畢竟相對論的前提就是靜質量不為零的物體不能達到光速,所以,達到光速,時間靜止,只是想象。

如果駕駛著光速飛船,去哪裡都不需要時間,對飛船駕駛者而言,都是一瞬間,瞬間即可到達目的地,不過對於飛船外面的世界而言的話,已經過去了很多年。

比方說,駕駛光速飛船去10000光年外的星球上,對於飛船駕駛者而言,沒有花費時間,而飛船外面的世界,卻實實在在的過去了10000年。


一枚遊戲科幻迷


狹義相對論的本質,就是換一個參照系。不同的參照系,所得的物理參數顯然不同。

必須指出:不同的參照系下物理參數,絕對沒有可比性。這是最起碼的邏輯常識。可笑多少書呆子,在這個問題上大放厥詞。

洛倫茲變換因子的真實含義:γ=1/(1-v²/c²),其中,v是參照系原點的速度。按照牛頓動力學,v≡0。按照狹義相對論,v≡v。雖然二者異曲同工,但不可混為一談。



例如,考察一列火車以v'速度的乘客(m)的動能。①若以地面為參照系,參照速度v=0,地面觀察者覺得:乘客在運動,乘客的動能是E=E0γ=E0=½mv'²。

②若以乘客為參照系,參照速度v=v',地面觀察者覺得:乘客是運動的,乘客動能E=E0γ=E0×1/(1-v²/c²),有E>E0。

③若以乘客伴侶為參照系,伴侶覺得自己是靜止的,乘客速度v'=0,參照系速度v=v'=0,乘客的動能E=E0γ=0×1/(1-v²/c²)=0。

由此可見:以靜態參照系,分析物系運動狀態是最簡單的,不必考慮洛倫茲變換。



回到本題。乘客隨準光速飛船(v'≈c)的行程是100光年。①以地面觀察者為參照系v=0,乘客時間t=t0γ≈t0×1=100ly/c=100年。

②以乘客為參照系,參照系速度v≈c,地面觀察者覺得,乘客以準光速運動v'≈c,乘客經歷的相對論距離是L=L0/γ≈0,乘客經歷的時間t=L/v'=0.000...01秒。這在數學上無可厚非,但在物理上就是胡說八道。


③以乘客伴侶為參照系,伴侶覺得自己(相當於飛船)是靜止的,即v=0,乘客的相對速度v'=0,乘客經歷的時間:t=t0γ=100ly×1/(1-v²/c²)=100ly。依然是100光年。

綜上,狹義相對論給了一個全新的時空視角,然並卵,旁門左道,反而混淆視聽。回到絕對時空參照系,才是物理學的康莊大道!😂


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