近幾天最火的詞當屬黑洞，科學家們公佈了第一張通過直接拍攝得到的黑洞照片。而這個黑洞最近也有了自己的名字，叫做“
Powehi”，這是夏威夷語，意為：無限創造的黑暗源泉。
因為黑洞的火熱，也使得很多朋友對這種宇宙中的“黑暗天體”產生了無比的好奇。要知道，這顆質量是太陽65億倍的超大質量黑洞位於M87星系，距離地球足足有5500萬光年之遠，這是個什麼概念呢？
如果不考慮宇宙膨脹的影響，這段距離用光來飛行，那麼也需要足足5500萬年才能走完整段路程。
如此恐怖的數據，為什麼文章的標題還說只需35年就能完成呢？難不成人類的飛船能夠超光速數倍？超光速自然是不可能的，並且標題還指明瞭這個35年的數據是在相對論的基礎上得來的。那麼這到底是怎麼一回事呢？
很簡單，這個35年是飛船內部的時間，比如說宇航員20歲開始飛行，那麼等他到了55歲，便可到達5500萬光年外的M87星系黑洞。
如果經常關注相對論的讀者，應該都知道在狹義相對論中有一個時間膨脹效應，假如飛船的速度特別快，那麼在地球參考系看來，飛船內的時間就流逝的異常緩慢，甚至能一度接近於停滯。
但同樣的，在很多科普文章中，都只提到了當速度達到多少時，時間會減緩到什麼程度。但卻沒有指出，這樣的結論只是以勻速飛行為前提的，可以看上圖的公式，其中v就是飛船的運行速度。
但我們知道對於任何物體來說，除非它不具備靜止質量（如光子），否則是不可能不經歷加速過程就能達到某某速度的。比如當速度到光速的99%並勻速飛行時，飛船內的時間流逝在地球參考系看來是減緩的，但飛船在之前的那段加速過程呢？
很顯然，很多科普文章都沒有提到這一點。實際上在關於加速度的問題上，很多人認為提到了加速度就必須聯繫廣義相對論，但實際上廣義相對論作為一套引力理論，它與狹義相對論的區別在時空背景的不同，畢竟從狹義和廣義相對論的兩個英文名稱來看，狹義相對論是可以翻譯為特殊相對論，而廣義相對論則能翻譯為普通相對論，這二者的區別就是所討論問題時，時空是否彎曲。
而我們今天討論的問題並不涉及彎曲時空（至少在飛行過程中，可以認為是不涉及彎曲時空的，而到了黑洞周圍，那就得考慮了，但這一點在今天這篇文章不會談起）。因為時空並不彎曲（也就是所謂閔氏時空），那麼飛船的加速運動自然可以用狹義相對論所討論。
閔可夫斯基
那麼狹義相對論關於加速運動是如何解決的呢？實際上，這一點早存在洛倫茲變換裡了，但作為一篇科普文章，這種天書式的過程就不變寫出來了，但它的結論可以用一句話來表示：加速度在不同參考系中有不同的數值。
如何理解呢？比如說勻速前行的一節高鐵車廂，裡面的乘客在裡面從零加速奔跑，對於車廂內的觀察者以及地面觀察者而言，都可以測算出這位乘客的加速度是多少。一般來說，二者測得的數值應該是一樣的，但實際上並不是，這種差異取決於高鐵的速度到底有多快，畢竟光速不可超越。
那麼我們這段5500萬光年的路程到底該如何飛行呢？很簡單，飛船慢慢加速度前行唄，從舒適的角度出發，飛船的加速度可以設置為一個重力加速度，這一點可以很方便的從內部宇航員的身體感受得知，或者用內部的儀器也可以測出來，總之內部人員測出來的值必須穩定在一個重力加速度。
至於燃料的問題，我們就假設人類掌握了某些先進科技，能保證一路上不為燃料發愁，畢竟宇宙很廣闊，基本認為是沒有阻力的，因此即便飛船不加速，也可以保證不會減速飛行。
那麼這段5500萬光年的路程，就被分為兩段，前半段加速後半段減速，對於飛船內部的人員來說，前半段屬於勻加速飛行，後半段屬於勻減速飛行，而對於地球參考系來說，前半段是變加速運動（加速度越來越小，隨著飛船速度越來越靠近光速，加速度就會逐步接近零），後半段則同理運動。
根據如下公式，我們可以算出地球上流逝的時間（T），以及飛船內部流逝的時間（t）；s是飛行路程（只需計算一半路程，即2750萬光年）、c是光速
可以發現，最後當飛船抵達M87星系黑洞時，飛船內部才過去了約35年，而地球上卻早已過去了5500.0000324萬年。
由此可見，即便是加速度僅為一個重力加速度的情況下，所帶來的時間減緩效應也是非常明顯的。當然了，飛船最後在接近黑洞時，問題的時空背景就不再是閔氏時空的了，畢竟我們要討討論的對象可是黑洞啊。
如果將其當做史瓦西黑洞來處理（一種最簡單的黑洞模型），隨著飛船越來越接近其事件視界，飛船內部的時間也會變得越來越慢，但身處地球的我們，時間並不會有什麼改變，這就是引力對時間的影響。
當然了，千辛萬苦飛過去可不是送死的，因此飛船勢必得離黑洞遠遠的，即便如此，這樣整個一套流程下來，飛船再回到地球時，恐早已物是人非，人類社會估計都早已滅亡。
本篇文章的內容到此結束。
謝謝各位閱讀！
以後還會不斷更新精心準備的通俗科普長文
閱讀更多 賽先生科普 的文章
