乘坐光速飞船离开地球,一分钟后返回,还能见到家人吗?
先说明一点,题目中所说的光速飞船是不现实的,因为光速不可超越,光速是宇宙速度极限,爱因斯坦的狭义相对论中早就表明了这点。
那么,就让我们假设亚光速飞行,也就是非常接近光速飞行,一分钟之后返回地球能看到家人吗?
这里的"一分钟"应该指的飞船上的时间,否则就没有讨论的必要的。如果是地球上的时间,一分钟之后返回地球当然能见到家人,只是一分钟而已。
下面就来分析另一种情况,飞船上的时间过去一分钟之后,再返回地球,还能看到家人吗?
这里先假设是理想情况,先不考虑飞船的加速和减速过程,不然用一分钟的时间先加速到亚光速,然后再减速到零,需要非常大的加速度才行,如此大的加速度早就把人和飞船彻底压扁乃至粉碎了。
假设飞船以非常接近光速的速度瞬间起飞,飞行一分钟之后瞬间返回地球,会发生什么呢?
狭义相对论中有个时间膨胀效应,用公式表达就是:
t′是飞船上的时间,t为地球时间,v为飞船速度。从公式中可以看出,只要速度v足够大,那么t′就可以足够短。
也就是说,当速度v无限接近光速时,哪怕t′非常小,地球的时间t也可以无穷大,这就是个简单的计算。
比如说,当速度v为0.99999999999999倍光速时,飞船上的1分钟相当于地球上的14年!
这就是时间膨胀效应,速度越快,时间就越慢。当速度趋于光速时,时间就趋于静止。
实际上这也就是著名的"双生子佯谬",哥哥乘坐亚光速飞船离开地球,飞行一段时间后再返回地球,会发现弟弟变老了,这是因为地球上过去了更长时间,而飞船上哥哥的时间可能只过去了几个小时而已。
所以,最关键的因素还是飞船的速度到底有多快,由于一分钟时间太短了,飞船必须无限接近光速,才会表现出明显的时间膨胀效应。
理论上只要飞船速度足够快,一分钟之后返回地球,不要说自己的家人了,有可能连地球都甚至宇宙不存在了,因为地球已经毁灭了,地球的时间可能过去了上万亿年之久!