假如飛船以亞光速飛到10光年外,飛船上的人會覺得瞬間到達嗎?

2021-01-09 火星科普

有些人可能對這個題目感到不屑一顧,因為從地球到10光年以外的地方,用光速飛行不就是需要10年的時間嘛,怎麼又會扯到瞬間呢?事實上,這個問題沒那麼簡單,需要涉及到相對論,因為不同參照系的時間流逝速率是不一樣的。尤其是在接近光速運動的情況下,時間膨脹效應將會變得不可忽略。

為了討論方便,這裡假設10光年外的目的地是仙女座HH,這顆恆星與地球的距離差不多是10光年。

根據狹義相對論,時間和空間都是相對論的概念,與參照系的選擇有關。仙女座HH距離地球10光年,這是從地球參照系的角度所測出的距離。因此,從地球參照系看來,如果以接近光速的速度(狹義相對論禁止有靜止質量的物體以光速運動)從地球飛到仙女座HH,飛行時間差不多就是10年。

然而,對於相對地球做亞光速運動的宇宙飛船參照系來說,從地球飛到仙女座HH的距離不是10光年,飛行時間也不是10年。根據狹義相對論(考慮慣性參照系的情況),宇宙飛船參照系的時間ΔT和地球參照系的時間Δt有著下述關係:

其中v表示宇宙飛船相對地球運動的速度,c表示光速。

舉個例子,如果宇宙飛船相對地球的速度到光速的99.99999625%,對於飛船上的人來說,從地球飛到仙女座HH只要一天的時間。而當宇宙飛船相對地球的速度無限趨於光速時,飛船上所經歷的時間就會趨於零,所以飛船上的人就會覺得幾乎是一瞬間就能從地球飛到仙女座HH。當太空旅行者回到地球後,他們還是出發之前的樣子,但地球上的時間將會過去至少20年。

由於時間膨脹效應在低速下非常微弱,所以我們在生活中無法感知到。但對時間極為敏感的定位衛星需要考慮這種影響,所以只要我們使用定位衛星,就會涉及到相對論。

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