03.03 假如以光速离开地球,一小时后立马光速返回,地球状态如何?

汴梁一书生



这个问题有点意思。虽然说任何具有静止质量的物体速度都不可能达到光速,但假如题主就是以光速离开地球,一小时后又马上返回,地球状态会怎样呢?

估计题主潜意识中的想法是,时间膨胀将会造成地球上沧桑巨变,回来时早已物是人非,泪眼朦胧。可惜这个想法并不成立。

首先题主以光速离开地球,不管多久回来,在地球上的人看来,一小时就是一小时,不会发生任何变化。

其次,楼主坐着光速飞船,“咻”的一声去了太空旅游,满心欢喜回来时就直接到了未来,享受科学发展带来的美好生活。但千算万算,就是漏算了一点,当他以光速飞行时,相对论时间公式的分母变成了零,这意味着他的时间膨胀(变慢)到了无限,已经没有时间这个概念了,如果我们非要给他这时候处于一种什么状态下一个定义的话,我倾向于用永恒这个词。如果我们能在地球上看到他,那么他已经处于完全的静止状态,就像落入黑洞视界瞬间的宇航员,我们只能看到他永恒的背影。他的时间是永恒,他不可能知道一小时是多久,也就无法在一个小时后返回地球,除非他的速度降到光速以下。

当然以上都是基于一个除式分母为零的推断,没有任何意义,这种状态在这个宇宙中是不存在的。如果题主换一个方式提问,比如:一个人以光速的百分之99.999999……离开地球,一个小时后立马返回,地球状态如何?那么我们就可以根据他的速度,准确地推算他将在多少时间后返回地球,从而可大致预测地球那时会处于一种什么状态。

(sorry,在手机上只看到提问标题,没看到问题后面的说明,有点答非所问了)


徐德文科学频道


首先根据狭义相对论,这个前提条件是不能成立的,人或者其他静质量不为零的物体所能达到的速度(v)都只能低于光速(c)。对这个问题的前提条件稍微改一下,如果有人以亚光速运动,那么,这会出现怎样的情况呢?

狭义相对论告诉我们,宇宙中不存在统一的绝对时间。如果对不同的参照系之间的时间进行比较,就会发现时间流逝速率并非统一。如果一个参照系保持相对静止,比如地球,另一个参照系做相对运动,比如从地球离开的飞船,那么,相比地球而言,飞船上的时间会变慢。假设运动参照系的时间为ΔT,相对静止参照系的时间为Δt,那么根据钟慢效应可得下式:

假如飞船以0.99999996c的速度离开地球,并在一小时后以相同速度返回地球。这里还有个问题,这个一小时的时间是哪个参照系的时间,不同参照系会得出不同结论。

如果这个一小时是相对于地球,那么,地球观测者会认为飞船的太空之旅耗费了大约两个小时。根据上式计算可知,飞船观测者会认为这段太空之旅的时间只有2秒。

另一方面,如果这个一小时是相对于飞船,那么,飞船观测者会认为飞船的太空之旅耗费了两个小时。根据上式计算可知,地球观测者会认为这段太空之旅的时间长达295天。


火星一号


那么多人都假设“光速飞行会怎么样”,因为这种问题确实挺吸引人的,因为接近光速和达到光速的时候确实可以发生一些很有趣的事,例如像是时间膨胀效应、尺缩效应、质增效应等,这些都是在日常生活中很难理解的。先不管能不能达到光速,就以问题为例根据狭义相对论来解答一下。

首先来简单说一下狭义相对论效应,这样可以帮助大家更好的理解。我们知道根据狭义相对性原理,惯性系是完全等价的,在同一个惯性系中,存在同一时间,称为同时性,而在不同惯性系中却没有统一的同时性,这就是同时的相对性。简单点说就是在不同的惯性系中时间进度会不一样,运动的钟比静止的钟走的慢,而且速度越快,钟走的越慢,接近光速时候,钟几乎就停止了,这样的理解问题就容易多了,现在就可以回答问题了。



如果飞船以0.99999999C速度飞行,飞船上的人感觉来回用了两个小时,那么当他回到地球的时候,地球早已是沧海桑田,不知道过来多少亿年。而当飞船达到光速的时候,时间可以说已经完全静止了,说他已经感受不到时间流逝,或者说时间对于他来说已经不存在了。


如果是飞船以0.99999999C速度飞行,地球上的人感觉飞船来回用了两个小时,而对于飞船上的人看来,可能就是一瞬间的事,而当飞船达到光速的时候,时间对于飞船上的人来说已经完全静止,地球上的人来看飞船一来一回经历了两个小时,而相对于飞船上的人说可能飞船根本就没有动。

要想明显看到狭义相对论中的时间膨胀效应,只有达到亚光速可以看得到,而相对于我们的低速,只有借助更加精确的仪器才能看得到。而究竟达到光速会怎么样,我们不得而知,只能根据狭义相对论的原理去进行一些相关推测。


科学日记


不知为何有如此多的问题热衷于光速飞行甚至超光速飞行。爱因斯坦的相对论早就明确表明,任何有静质量的物体都无法达到光速,更别提超越光速了!

既然是“假如”,那就跟着问题一直假设下去。首先问题中的“一小时”有歧义,是指光速飞行的飞船上的一小时,还是地球上的一小时呢?

如果是地球上的一小时,问题就很简单了,离开一小时,返回一小时,返回后还是两小时后的地球,这没有什么疑问!

所以,相信问题中的“一小时”应该指的是飞船上的一小时,也就是说,飞船光速飞行一小时后马上返回地球,地球状态如何呢?

地球早已不复存在,或者说飞船再也回不到地球!

因为根据爱因斯坦的狭义相对论,速度越快时间越慢(时间膨胀效应),如果飞船能达到光速,飞船相对于地球的时间流逝速度为零,也就是说飞船上的时间完全静止,而相对的,地球上的时间无穷快地流逝!

所以说,飞船再也回不到地球了,因为飞船上度过一小时之后地球本身也将不复存在!


宇宙探索


很多人都喜欢讨论光速或者超光速的问题,刻意忽略爱因斯坦的相对论不允许出现达到光速的问题。这里既然由此一问,我们也就稍微探讨一下超越相对论的光速领域。



因为相对论只能够适用于光速以下的时空,所以如果出现光速运动的物体,那它就不在相对论甚至整个物理学的描述范围内了。故而,我们只能够进行一些合理的猜想或者猜测:

如果有质量物体速度达到光速,那么时间对他就没有任何意义,即超脱了我们的时空。

相对论认为速度越快,时间越慢。当速度无限接近于光速是,时间几乎静止。那么再进一步速度达到光速,爱因斯坦的相对论无法给出答案。不过,我们可以进行类似于函数的解析延拓进行推理,结果就是光速时时间静止。但是这样会产生严重矛盾:如果时间静止,那飞船上的人和一切物质不就完全停止运动了吗?这和不确定性原理相互矛盾。而且,停止一切运动不就是死了吗?



所以,这里不能理解成时间静止,而应该理解成时间不存在了,即不论飞船里面的人做什么,都不会影响他的存在;时间对他来说就好像不存在一样,他可以万古长存,永远不会衰老。那么再进一步设想,时间不存在,不就意味着他超脱了我们的时空吗?就像里面的男主角,落入黑洞之后进入了高维,发现这里时间已经实物化了,他已经超脱于时间维度之外,甚至可以操控时间。



所以,最终以光速飞行的人会进入到一个类似于的黑洞时空里面,这里他完全不受时间影响。他可以随意选择自己的2小时是多长,可以随意翻看地球时间,虽然不能够回到过去,但是却可以选择回到地球时,地球已经经过的时间。这个时间可以是1小时,可以是2小时、5小时、1年、5年、100年、1000年、1万年、无数年等等。


科学探秘频道


答:时间是相对的,题目说的一小时,需指明是那个参考系的时间。


一、地球的时间

倘若指的是地球的时间。

那么我们完全可以忽略飞船内的细节,一去一回就是2小时,地球也就过了2小时而已。




二、飞船的时间

倘若是飞船的时间。

那么相对论的时间膨胀效应将起作用;无限接近光速的物体,时间也无限接近于停止;但宏观物体不能加速到光速,因为那样需要输入无穷大的能量,所以只能无限接近光速。



根据相对论的时间膨胀公式,飞船内的时间相对于地球的时间,膨胀程度和飞船的速度有关。

在无限接近光速时,虽然飞船内只过了2个小时,但是地球可能已是沧海桑田,甚至太阳都已经熄灭,地球早已不复存在了!


相对论中的时间,就是那么的无情;时间是相对论,可以被压缩,也可以被拉长,但就是不能倒流;所以,时间真的非常宝贵!




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艾伯史密斯


假如以光速离开地球,一小时后立马光速返回,地球状态如何?

看来大家对光速飞行还是非常感兴趣,从这个问题来看,其实题主问的有两种含义,第一种是地球上一小时后返回,另一种是光速飞船里的时钟过了一小时后返回!不要以为这两个问题可以合二为一哦,不但不能合并而且完全是两个结果差异巨大的问题!!

首先我们来看看以地球上看来一小时后会怎样?其实从地球上看来一小时就是一小时,不会多出一分钟,也不会少了一分钟,回来说不定地球上的人已经吃饭中饭了.......

那么在飞船上一小时后地球会怎样呢?理论上光速飞船中的时间会被拉长至无限长,这个时间对于地球上的人来说已经趋于无限长,但飞船体系中的时间还是一样过的,但每一秒对于地球都等于无穷的时间,因此如果飞船体系中的时间如果过去一小时的话,地球上也就过去了无数个被拉长至无限长的一秒而已!

因此等飞船上的乘客看着时钟过了一小时后回来时,他们会发现地球可能找不到了,太阳系也许早已绕了银河系数十圈,要命的是太阳也许都已经成了白矮星!因为被拉长至无限长的时间根本无法计算地球体系时间过了多久,一百年或者亿年甚至更久都有可能!

那么还想尝试不?


星辰大海路上的种花家


从科学角度来分析,此情况是永远不会实现的。因为爱因斯坦的相对论已经说得很清楚了,世界上还不存在任何能超越光速的物体。但既然题主提出假设了,我们可以来看一下。


相对论中认为物体的速度越快,时间就会变得越慢。如果速度极力接近了光速,就会发生钟慢效应或者是尺缩效应,也就是时间就会静止。速度还未达到光速,时间就几乎静止了,更别说速度要是达到了光速,时间会发生什么?相对论中没有解释,只说没有任何物体的速度能够超越光速。

我们可以来设想一下,如果人是乘坐飞船以光速离开地球的话,那么当飞船的速度快接近光速时,周围的时间都静止了,说明我们就一直停留在了那时那刻,而地球上的时间依然照常进行。还说一小时后返回地球,如果按照飞船上的一小时算的话,时间都静止了,那得等到啥时候才是一小时后,恐怕那一刻永远也等不到了吧。而地球的状态变成什么样了,谁也不会清楚,别说地球了,宇宙成啥了都是个问题,这就需要各位大开脑洞了。



如果速度逐渐接近光速,时间会趋于停止,那么我们可以大胆地想象一下,如果速度达到了光速,时间是不是就会像相反的方向前进,也就是时间倒流啊。离开了地球一小时后再返回地球,也许时间就退回了几百年,几千年,甚至几万年前呢?我们将看到不一样的地球世界,说不准还能见识一下恐龙时代呢?




当然了,这一切也只是我们的假设和幻想而已,因为这在现实中是根本无法实现的,任何物体都是无法达到或超过光速的,(除非有一天相对论被推翻)所以谁也不知道以光速离开地球一小时后地球到底会变成什么?


时间史


如果光子有主观的意识,那么在它的眼中,是没有时间的概念的。在它自己的时空框架里,它可以在瞬间到达宇宙的任何一个角落。

t=t0/√(1-v^2/c^2)相对论时间公式

这就是相对论描述下的我们宇宙的时空本质,在光速下,时间将失去意义。

所以从这个角度,以思想实验的方式回答这个问题:可以说如果你能够以光速离开地球,那么在你达到光速的同时,地球做为一个物质实体,在你的时空框架中已经不存在了。


那么如果不达到光速,而是以接近光速离开呢。那么你离开一小时,再以同样的速度回来,地球到底会是什么样子,就完全取决于你离开的速度了。还是根据相对论时间公式,可以很容易的由你的速度推算你的时间,对于地球参考系的相对时间。

比如你以80%光速离开,你的时间会比地球时间变慢1.67倍;你以90%光速离开,那么你的时间会比地球时间慢2.3倍;你以99%光速离开,时间慢7.1倍。以此类推,你越接近光速,你的时间流逝越慢,而且会慢的越来越显著。

当然如果你只以一个相对快的速度,比如50%光速,离开一小时再回来,地球上也就是过了大概1小时10分钟而已,你也并不会感觉到有什么显著的不同,把表调快十分钟就行了。


罗生物语


在涉及高速问题上,避不开相对论。如果题中的一小时指的是飞船内部一小时,并且飞船是以无限逼近光速在飞行(不能达到光速),那么地球上早已是沧海桑田。

在狭义相对论中有专门的一个公式来计算这个时间,总的来说一句话:速度越快的物体,它的时间相对于观察者而言,就过的越慢。

要注意了,这个变慢是真正意义上的变慢,包括飞船内宇航员的新陈代谢等,只要速度够快,越接近光速,那么这个变化程度就越明显,完全能达到飞船内1小时,地球上一万年的程度。

但有一点,上述只是在讨论匀速情况,而实际上飞船势必要尽力加速和减速状态

而在这种情况下,原先的公式就不能使用了。我们需要对其改进,只考虑直线加速的状态,我们可以将路程分为无穷段,每一个极端路程内可以看做是匀速运动,也就可以用原先的公式,最后通过微积分手段得出加速状态下的时间变化公式。

但即便如此,也依旧没有改变速度越快,时间越慢的结论。

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