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光速飛船跑4光年需要多久?10分鐘!10萬光年呢?5個月!

光速飛船跑4光年需要多久?10分鐘!10萬光年呢?5個月!

分類\科學時間\2019-01-05

夏日的夜晚仰望璀璨的銀河,你也許曾夢想乘坐一艘光速飛船暢遊星海。銀河系盤面直徑大約10萬光年,你可能認為橫穿整個銀河系至少也需要10萬年的時間,在一個人有生之年根本無法完成。結果真是如此嗎?根據愛因斯坦的相對論,你只需5個月就夠了!

在實現遨遊銀河系的遠大理想之前,讓我們先定個「小目標」——抵達4.2光年之外的比鄰星,交通工具是一艘99.9%光速的宇宙飛船。從你登上這艘飛船時起,一直到你返回地球,如果不算飛船中途消耗的時間,你在地球上的七大姑八大姨一查日曆才發現,這個不成器的孩子已經不着家8.4年了!

此時的你一頭霧水,回頭一看飛船上的日曆,這不才過了137天嗎?為什麼會出現如此匪夷所思的結果?4.2光年的單程旅行為什麼只用了68.5天!難道飛船上的時間比地球上的時間更慢?

實際上,這就是狹義相對論的時間膨脹(鐘慢)效應——處於同一參照系中的兩個人手裏分別拿着一個時鐘,移動速度更快的人會發現他的時鐘比另一個人的時鐘走得更慢。兩個人速度差距越大,鐘慢效應越明顯——當一個人的速度無限接近於光速時,他的時間就近乎停滯了!

時間膨脹現象在我們的生活中隨處可見——經常乘坐飛機在世界各地旅行的人,比很少出遠門的同齡人年輕一點點;國際空間站繞地球運行的速度為7700米/秒,太空人在上面停留6個月,就比地面的同齡人年輕0.005秒。

如果有人乘坐太空船以極高的速度飛行,他所經歷的時間將比地球上的人慢的多。從下面的時間膨脹函數可以看出,當飛船速度大於光速的10%時,鐘慢效應開始逐漸顯現,隨着速度不斷提高,時間流逝也將更為緩慢,飛船的一年有可能相當於地球十年。當速度無限接近光速時,「天上一日,地上十年」也會成為現實!

根據時間膨脹公式計算,當飛船速度為0.999c(c=299792.458千米/秒)時,飛到4.2光年外的比鄰星需要68.5天;速度為0.999999c時,只需52小時;速度提高至0.99999999999c,不到10分鐘就能到達!以這個速度遨遊10萬光年直徑的銀河系,只需5個月!前往250萬光年外的仙女座星系,也只要11年多一點!

現在的你或許信心滿滿,決定在有生之年暢遊宇宙,但光速旅行絕非想像中那麼美好——向窗外望去,外界一切景物都扭曲到無法辨認。靠近一個物體的時候,它的顏色會藍移到紫外線甚至X射線端;遠離一個物體的時候,它的顏色會紅移到紅外線和無線電波端。在這個光怪陸離的世界裏,你或許會懷念平日那些熟悉的星海。

如果此時地球上的人能看到飛船裏面,他們會發現你的動作都放慢了無數倍:喝一口水杯子遲遲送不到嘴邊,咽下的食物極其緩慢的經過口腔和食道,就連轉個身都要花費好幾天的時間!

那你是不是可以長生不老呢?別做夢了!時間膨脹可不會延長你的壽命!你的一舉一動只是在地球觀察者的眼中才變的緩慢,自己不會覺得有任何異常,身體新陳代謝速度也和登上飛船前沒有區別,本來該活多少年還會活多少年,既不增加一天,也不減少一天。照此說來,也許超脫塵世,長生不老的神仙日子,只存在於傳說之中。
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