03.03 假如以光速離開地球,一小時後立馬光速返回,地球狀態如何?

汴梁一書生



這個問題有點意思。雖然說任何具有靜止質量的物體速度都不可能達到光速,但假如題主就是以光速離開地球,一小時後又馬上返回,地球狀態會怎樣呢?

估計題主潛意識中的想法是,時間膨脹將會造成地球上滄桑鉅變,回來時早已物是人非,淚眼朦朧。可惜這個想法並不成立。

首先題主以光速離開地球,不管多久回來,在地球上的人看來,一小時就是一小時,不會發生任何變化。

其次,樓主坐著光速飛船,“咻”的一聲去了太空旅遊,滿心歡喜回來時就直接到了未來,享受科學發展帶來的美好生活。但千算萬算,就是漏算了一點,當他以光速飛行時,相對論時間公式的分母變成了零,這意味著他的時間膨脹(變慢)到了無限,已經沒有時間這個概念了,如果我們非要給他這時候處於一種什麼狀態下一個定義的話,我傾向於用永恆這個詞。如果我們能在地球上看到他,那麼他已經處於完全的靜止狀態,就像落入黑洞視界瞬間的宇航員,我們只能看到他永恆的背影。他的時間是永恆,他不可能知道一小時是多久,也就無法在一個小時後返回地球,除非他的速度降到光速以下。

當然以上都是基於一個除式分母為零的推斷,沒有任何意義,這種狀態在這個宇宙中是不存在的。如果題主換一個方式提問,比如:一個人以光速的百分之99.999999……離開地球,一個小時後立馬返回,地球狀態如何?那麼我們就可以根據他的速度,準確地推算他將在多少時間後返回地球,從而可大致預測地球那時會處於一種什麼狀態。

(sorry,在手機上只看到提問標題,沒看到問題後面的說明,有點答非所問了)


徐德文科學頻道


首先根據狹義相對論,這個前提條件是不能成立的,人或者其他靜質量不為零的物體所能達到的速度(v)都只能低於光速(c)。對這個問題的前提條件稍微改一下,如果有人以亞光速運動,那麼,這會出現怎樣的情況呢?

狹義相對論告訴我們,宇宙中不存在統一的絕對時間。如果對不同的參照系之間的時間進行比較,就會發現時間流逝速率並非統一。如果一個參照系保持相對靜止,比如地球,另一個參照系做相對運動,比如從地球離開的飛船,那麼,相比地球而言,飛船上的時間會變慢。假設運動參照系的時間為ΔT,相對靜止參照系的時間為Δt,那麼根據鐘慢效應可得下式:

假如飛船以0.99999996c的速度離開地球,並在一小時後以相同速度返回地球。這裡還有個問題,這個一小時的時間是哪個參照系的時間,不同參照系會得出不同結論。

如果這個一小時是相對於地球,那麼,地球觀測者會認為飛船的太空之旅耗費了大約兩個小時。根據上式計算可知,飛船觀測者會認為這段太空之旅的時間只有2秒。

另一方面,如果這個一小時是相對於飛船,那麼,飛船觀測者會認為飛船的太空之旅耗費了兩個小時。根據上式計算可知,地球觀測者會認為這段太空之旅的時間長達295天。


火星一號


那麼多人都假設“光速飛行會怎麼樣”,因為這種問題確實挺吸引人的,因為接近光速和達到光速的時候確實可以發生一些很有趣的事,例如像是時間膨脹效應、尺縮效應、質增效應等,這些都是在日常生活中很難理解的。先不管能不能達到光速,就以問題為例根據狹義相對論來解答一下。

首先來簡單說一下狹義相對論效應,這樣可以幫助大家更好的理解。我們知道根據狹義相對性原理,慣性系是完全等價的,在同一個慣性系中,存在同一時間,稱為同時性,而在不同慣性系中卻沒有統一的同時性,這就是同時的相對性。簡單點說就是在不同的慣性系中時間進度會不一樣,運動的鐘比靜止的鐘走的慢,而且速度越快,鍾走的越慢,接近光速時候,鍾幾乎就停止了,這樣的理解問題就容易多了,現在就可以回答問題了。



如果飛船以0.99999999C速度飛行,飛船上的人感覺來回用了兩個小時,那麼當他回到地球的時候,地球早已是滄海桑田,不知道過來多少億年。而當飛船達到光速的時候,時間可以說已經完全靜止了,說他已經感受不到時間流逝,或者說時間對於他來說已經不存在了。


如果是飛船以0.99999999C速度飛行,地球上的人感覺飛船來回用了兩個小時,而對於飛船上的人看來,可能就是一瞬間的事,而當飛船達到光速的時候,時間對於飛船上的人來說已經完全靜止,地球上的人來看飛船一來一回經歷了兩個小時,而相對於飛船上的人說可能飛船根本就沒有動。

要想明顯看到狹義相對論中的時間膨脹效應,只有達到亞光速可以看得到,而相對於我們的低速,只有藉助更加精確的儀器才能看得到。而究竟達到光速會怎麼樣,我們不得而知,只能根據狹義相對論的原理去進行一些相關推測。


科學日記


不知為何有如此多的問題熱衷於光速飛行甚至超光速飛行。愛因斯坦的相對論早就明確表明,任何有靜質量的物體都無法達到光速,更別提超越光速了!

既然是“假如”,那就跟著問題一直假設下去。首先問題中的“一小時”有歧義,是指光速飛行的飛船上的一小時,還是地球上的一小時呢?

如果是地球上的一小時,問題就很簡單了,離開一小時,返回一小時,返回後還是兩小時後的地球,這沒有什麼疑問!

所以,相信問題中的“一小時”應該指的是飛船上的一小時,也就是說,飛船光速飛行一小時後馬上返回地球,地球狀態如何呢?

地球早已不復存在,或者說飛船再也回不到地球!

因為根據愛因斯坦的狹義相對論,速度越快時間越慢(時間膨脹效應),如果飛船能達到光速,飛船相對於地球的時間流逝速度為零,也就是說飛船上的時間完全靜止,而相對的,地球上的時間無窮快地流逝!

所以說,飛船再也回不到地球了,因為飛船上度過一小時之後地球本身也將不復存在!


宇宙探索


很多人都喜歡討論光速或者超光速的問題,刻意忽略愛因斯坦的相對論不允許出現達到光速的問題。這裡既然由此一問,我們也就稍微探討一下超越相對論的光速領域。



因為相對論只能夠適用於光速以下的時空,所以如果出現光速運動的物體,那它就不在相對論甚至整個物理學的描述範圍內了。故而,我們只能夠進行一些合理的猜想或者猜測:

如果有質量物體速度達到光速,那麼時間對他就沒有任何意義,即超脫了我們的時空。

相對論認為速度越快,時間越慢。當速度無限接近於光速是,時間幾乎靜止。那麼再進一步速度達到光速,愛因斯坦的相對論無法給出答案。不過,我們可以進行類似於函數的解析延拓進行推理,結果就是光速時時間靜止。但是這樣會產生嚴重矛盾:如果時間靜止,那飛船上的人和一切物質不就完全停止運動了嗎?這和不確定性原理相互矛盾。而且,停止一切運動不就是死了嗎?



所以,這裡不能理解成時間靜止,而應該理解成時間不存在了,即不論飛船裡面的人做什麼,都不會影響他的存在;時間對他來說就好像不存在一樣,他可以萬古長存,永遠不會衰老。那麼再進一步設想,時間不存在,不就意味著他超脫了我們的時空嗎?就像裡面的男主角,落入黑洞之後進入了高維,發現這裡時間已經實物化了,他已經超脫於時間維度之外,甚至可以操控時間。



所以,最終以光速飛行的人會進入到一個類似於的黑洞時空裡面,這裡他完全不受時間影響。他可以隨意選擇自己的2小時是多長,可以隨意翻看地球時間,雖然不能夠回到過去,但是卻可以選擇回到地球時,地球已經經過的時間。這個時間可以是1小時,可以是2小時、5小時、1年、5年、100年、1000年、1萬年、無數年等等。


科學探秘頻道


答:時間是相對的,題目說的一小時,需指明是那個參考系的時間。


一、地球的時間

倘若指的是地球的時間。

那麼我們完全可以忽略飛船內的細節,一去一回就是2小時,地球也就過了2小時而已。




二、飛船的時間

倘若是飛船的時間。

那麼相對論的時間膨脹效應將起作用;無限接近光速的物體,時間也無限接近於停止;但宏觀物體不能加速到光速,因為那樣需要輸入無窮大的能量,所以只能無限接近光速。



根據相對論的時間膨脹公式,飛船內的時間相對於地球的時間,膨脹程度和飛船的速度有關。

在無限接近光速時,雖然飛船內只過了2個小時,但是地球可能已是滄海桑田,甚至太陽都已經熄滅,地球早已不復存在了!


相對論中的時間,就是那麼的無情;時間是相對論,可以被壓縮,也可以被拉長,但就是不能倒流;所以,時間真的非常寶貴!




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艾伯史密斯


假如以光速離開地球,一小時後立馬光速返回,地球狀態如何?

看來大家對光速飛行還是非常感興趣,從這個問題來看,其實題主問的有兩種含義,第一種是地球上一小時後返回,另一種是光速飛船裡的時鐘過了一小時後返回!不要以為這兩個問題可以合二為一哦,不但不能合併而且完全是兩個結果差異巨大的問題!!

首先我們來看看以地球上看來一小時後會怎樣?其實從地球上看來一小時就是一小時,不會多出一分鐘,也不會少了一分鐘,回來說不定地球上的人已經吃飯中飯了.......

那麼在飛船上一小時後地球會怎樣呢?理論上光速飛船中的時間會被拉長至無限長,這個時間對於地球上的人來說已經趨於無限長,但飛船體系中的時間還是一樣過的,但每一秒對於地球都等於無窮的時間,因此如果飛船體系中的時間如果過去一小時的話,地球上也就過去了無數個被拉長至無限長的一秒而已!

因此等飛船上的乘客看著時鐘過了一小時後回來時,他們會發現地球可能找不到了,太陽系也許早已繞了銀河系數十圈,要命的是太陽也許都已經成了白矮星!因為被拉長至無限長的時間根本無法計算地球體系時間過了多久,一百年或者億年甚至更久都有可能!

那麼還想嘗試不?


星辰大海路上的種花家


從科學角度來分析,此情況是永遠不會實現的。因為愛因斯坦的相對論已經說得很清楚了,世界上還不存在任何能超越光速的物體。但既然題主提出假設了,我們可以來看一下。


相對論中認為物體的速度越快,時間就會變得越慢。如果速度極力接近了光速,就會發生鐘慢效應或者是尺縮效應,也就是時間就會靜止。速度還未達到光速,時間就幾乎靜止了,更別說速度要是達到了光速,時間會發生什麼?相對論中沒有解釋,只說沒有任何物體的速度能夠超越光速。

我們可以來設想一下,如果人是乘坐飛船以光速離開地球的話,那麼當飛船的速度快接近光速時,周圍的時間都靜止了,說明我們就一直停留在了那時那刻,而地球上的時間依然照常進行。還說一小時後返回地球,如果按照飛船上的一小時算的話,時間都靜止了,那得等到啥時候才是一小時後,恐怕那一刻永遠也等不到了吧。而地球的狀態變成什麼樣了,誰也不會清楚,別說地球了,宇宙成啥了都是個問題,這就需要各位大開腦洞了。



如果速度逐漸接近光速,時間會趨於停止,那麼我們可以大膽地想象一下,如果速度達到了光速,時間是不是就會像相反的方向前進,也就是時間倒流啊。離開了地球一小時後再返回地球,也許時間就退回了幾百年,幾千年,甚至幾萬年前呢?我們將看到不一樣的地球世界,說不準還能見識一下恐龍時代呢?




當然了,這一切也只是我們的假設和幻想而已,因為這在現實中是根本無法實現的,任何物體都是無法達到或超過光速的,(除非有一天相對論被推翻)所以誰也不知道以光速離開地球一小時後地球到底會變成什麼?


時間史


如果光子有主觀的意識,那麼在它的眼中,是沒有時間的概念的。在它自己的時空框架裡,它可以在瞬間到達宇宙的任何一個角落。

t=t0/√(1-v^2/c^2)相對論時間公式

這就是相對論描述下的我們宇宙的時空本質,在光速下,時間將失去意義。

所以從這個角度,以思想實驗的方式回答這個問題:可以說如果你能夠以光速離開地球,那麼在你達到光速的同時,地球做為一個物質實體,在你的時空框架中已經不存在了。


那麼如果不達到光速,而是以接近光速離開呢。那麼你離開一小時,再以同樣的速度回來,地球到底會是什麼樣子,就完全取決於你離開的速度了。還是根據相對論時間公式,可以很容易的由你的速度推算你的時間,對於地球參考系的相對時間。

比如你以80%光速離開,你的時間會比地球時間變慢1.67倍;你以90%光速離開,那麼你的時間會比地球時間慢2.3倍;你以99%光速離開,時間慢7.1倍。以此類推,你越接近光速,你的時間流逝越慢,而且會慢的越來越顯著。

當然如果你只以一個相對快的速度,比如50%光速,離開一小時再回來,地球上也就是過了大概1小時10分鐘而已,你也並不會感覺到有什麼顯著的不同,把表調快十分鐘就行了。


羅生物語


在涉及高速問題上,避不開相對論。如果題中的一小時指的是飛船內部一小時,並且飛船是以無限逼近光速在飛行(不能達到光速),那麼地球上早已是滄海桑田。

在狹義相對論中有專門的一個公式來計算這個時間,總的來說一句話:速度越快的物體,它的時間相對於觀察者而言,就過的越慢。

要注意了,這個變慢是真正意義上的變慢,包括飛船內宇航員的新陳代謝等,只要速度夠快,越接近光速,那麼這個變化程度就越明顯,完全能達到飛船內1小時,地球上一萬年的程度。

但有一點,上述只是在討論勻速情況,而實際上飛船勢必要盡力加速和減速狀態

而在這種情況下,原先的公式就不能使用了。我們需要對其改進,只考慮直線加速的狀態,我們可以將路程分為無窮段,每一個極端路程內可以看做是勻速運動,也就可以用原先的公式,最後通過微積分手段得出加速狀態下的時間變化公式。

但即便如此,也依舊沒有改變速度越快,時間越慢的結論。

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