人以光速離開地球一年,再以光速返回,地球上過去了多長時間

科幻小說《三體》中星環號載著死神程心以極度接近光的速度到達目的地，只用了52小時就跨過了在地球人看來需要287年才能到達距離，而事實上地球真正經過的時間就是287年，這就是速度的魅力！

俗話說「天上一日，地上一年」，在很多神話故事中，人們把超越地球空間範圍的旅行確認為「天上飛行」，在天上快速飛行一段時間之後，再返回人間，世間的時間尺度將與旅行者完全不一致，好像人間的時間被快進了一樣。傳說裡的「天上一日地上一年」與愛因斯坦的理論暗合，例如在《西遊記》裡的孫悟空只是到天庭做了十幾天的「弼馬溫」，而當回到花果山時才知道這裡已經過去了很多年。

在之前很多人認為古人的智商非常低，但是隨著人類對宇宙的探索發現，古人流傳的很多觀點都與現代的探索有著異曲同工之妙。

科幻小說《三體》（public domain)

目前我們已知的光速是宇宙最快的速度，光速達到了每秒30萬公裡，而人類目前飛得最快的飛行器也不過幾十千米每秒，這還不到光速的百分之一，月球是距離地球最近的星球，如果有一艘光速飛船的話，那麼從地球上到月球上所需的時間不足兩秒鐘，而幾十年前人類從地球前往月球可是整整化了十幾天的時間。

這個問題涉及到了愛因斯坦的相對論。

首先，相對論禁止人以光速運動，因為人是有靜止質量的，加速到光速需要無限能量。如果有人以足夠接近光速的速度離開地球，然後再以相同速度返回，那麼，地球上的時間會過去多久呢？

在相對論的框架下，時間和空間不再是絕對的存在，它們會隨著觀測者所在的參照系不同而發生變化。根據狹義相對論的鐘慢和尺縮效應，參照系的速度越快，並且越接近光速，時間會變慢到趨於停止流逝，空間會被壓縮到趨於零，具體公式如下：

上式中，ΔT和ΔL分別為運動參照系的時間和距離，Δt和Δl分別為相對靜止參照系的時間和距離，v為相對速度，c為光速。

如果太空旅行者的運動速度能夠達到0.866c，當他在太空中飛行1年返回地球上之時，地球上的時間已經是兩年之後。地球人會認為太空旅行者是在前年離開地球，而不是去年。

如果速度更快，時間膨脹效應越顯著，例如，當速度為光速的99.9996252%時，經過1年太空飛行的人回到的將會是365年之後的地球，跟他同個時代的人早已不在人世。而如果太空旅行者以這樣的速度飛行1天，地球上的時間將會過去1年，這可謂是「天上一天，地上一年」。

愛因斯坦相對論（pixabay)

不過，相對論表明沒有絕對時空，也就沒有哪個參照系更高級，所有參照系皆平權。既然如此，地球上的人會覺得太空旅行者因為運動而時間變慢，反過來，太空旅行者也會覺得自己是靜止的，地球在遠離他，所以地球上的時間會變慢。那麼，究竟是誰的時間變慢了呢？

事實上，上述問題討論的時候已經忽略了一個非常關鍵的東西，那就是加速和減速的過程。太空旅行者乘坐飛船從地球上出發，需要不斷加速才能達到亞光速，回到地球上又要進行減速。也就是說，整個過程都是變速運動，而上述的公式只適合慣性參照系，也就是勻速直線運動或者相對靜止的情況。經過加速和減速之後，飛船成了非慣性參照系。

由於太空旅行者需要力進行加速和減速，所以太空旅行者會真切地感受到慣性力，真正在加速或者減速運動的是太空旅行者。加速運動不是相對的，地球並沒有加速。因此，時間變慢的是太空旅行者，而不是地球。

總之，以光速離開並返回，無論飛船上的太空人會如何因此而改變其壽命的長短，就統一的時間尺度而言是不會發生變化的。我們不能否認太空人會因高速運動而產生變化，卻將其變化歸結為時間尺度的改變。

世界因為人類的變化，逐漸被填寫。那些落後的技術已經不足以支撐人們了解這個世界。當人們開始探索宇宙時，這就已經表明了人類的內心。其實人類是始終都在嘗試，在逐步的了解這個宇宙，通過去太空觀察，到底與地球有何不同，然而人類也許永遠也看不到宇宙的真相。