光速離開地球一分鐘再返回,會如何?光:地球已沒,宇宙已死

2020-12-05 科學美少男

本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽。

一分鐘後回來,地球早已不在了,宇宙也演化終點,或許連原子結構都會被暗能量瓦解,一片死寂,但前提是「上帝」能從其他「平行宇宙」給飛船調來充足的能量,可以短時間內讓飛船無限接近於光速,讓時間無限接近於靜止。

這個能量會超過我們這個宇宙能量的總和,但即使是這樣飛船達到光速是不可能的,因為只有信息與能量才能達到光速。下面我們來說說怎麼回事:

一切都是相對的,只有光

當我們談及速度時,首先要設定一個參照物。例如:當參照物是電線桿子時,汽車是有速度的,如果參照物是汽車上的駕駛員,那麼汽車的速度則為零,因為無論汽車有多快,他始終都在汽車上,稱之為相對靜止。平常我們談及的時速都是汽車相對於地面,或者靜止於地面上的物體,因此一切速度都可以稱之為相對速度。

圖:邁克遜莫雷實驗,發現光速不變

不過,上個世紀科學家發現了一個奇怪的現象。邁克遜莫雷實驗發現光的運動並不符合相對性原理的,光的運動速度在任何觀察者(參照物)看來都是恆定不變的。舉個思維例子加深一下理解:

a,b倆人各自騎著單車,慢悠悠地運動著,他倆相對靜止。光從遠處飛來,在他倆看來,光速度都是C。可當一輛無限接近於光速(v)的飛船從上空超過ab,飛船上的太空人發現光的速度也是C,這個發現意味著光的運動是絕對的,光速是絕對速度,無論在誰看來都是C。

狹義相對論

愛因斯坦基於光速不變,推導出狹義相對論,他發現除了速度是相對的,質量、時間、尺寸都是相對的。

圖:質量與速度的關係,物體的(靜止)質量不為零就無法達到光速(分母不能為零),而且物體速度越接近於光速,相對質量越大,意味著使它加速所需能量越大

例如:你在我面前站著,質量是100斤,但是你要是以極快的速度跑起來相對質量有可能是120斤。質量的增加源於運動時產生的動能,動能大小由速度所決定,這和光速有千絲萬縷的關係。

圖:愛因斯坦與質能方程

基於質量與速度的關係,愛因斯坦有了一項驚奇地發現,質量與能量是等價的,它們關係是光速的平方,而光速又是恆定的,換句話說質量就是能量。21世紀量子力學發現萬物的構成源於基礎粒子間的相互作用,作用的大小決定了物質的質量,對質量與能量的本質進行了解釋,作用大小與質量的關係可以用質能方程進行計算。因此,質能方程可以通過原子彈的質量虧損計算出爆炸產生的能量。

圖:速度時間膨脹曲線,運動速度越快,時間膨脹越厲害,當速度無限接近於光速,在觀察者看來,運動物體的時間幾乎凝固

狹義相對論中愛因斯坦用動鍾變慢效應來描述時間與速度的關係:速度會使時間流速發生變化,時間不再是牛頓時期的光陰似箭,而是有慢,有快,取決於速度,相對速度決定了相對時間。當飛船無限接近於光速飛離地球時,飛船上的時間將無限接近於靜止。

如果地球過去150億年,飛船上時間過去了多久?(計算)

我們假設150億年後地球會消失,把150億年的地球時間(t')代入速度時間關係公式(C為光速)

當飛船速度為0.99倍光速時,地球過去150億年,飛船中過去了t=21億年。

當飛船速度為0.9999倍光速時,地球過去150億年,飛船中過去了t=6.7億年。

當飛船速度為0.999999倍光速時,地球過去150億年,飛船中過去了t=0.21億年。

當飛船速度為0.9999999倍光速時,地球過去150億年,飛船中過去了t=0.067億年。

當飛船速度為0.99999999倍光速時,地球過去150億年,飛船中過去了t=0.021億年。

當飛船速度為0.999999999倍光速時,地球過去150億年,飛船中過去了t=0.0067億年。

可見當飛船接近於光速時,輕微的加速,會帶來巨大的時間變化,當飛船的速度小數點後面有無限個9時,膨脹效應無限大,飛船上的時間將無限慢,宇宙毀滅對於飛船來說只是一個「響指」的事。

相關焦點

  • 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。
  • 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
    ,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。 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?
  • 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
    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?
  • 人以光速離開地球一年,再以光速回到地球上,實際上過去了多長時間?
    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!
  • 以光速飛離地球,1分鐘後返回,這個世界會有什麼變化?
    時間似乎將人類困在了地球上,讓人類永遠沒有辦法離開地球、離開太陽系。為何這麼說呢?人類的壽命實在是太短暫了,人類的飛行速度又太慢。拿距離我們最近的恆星系統比鄰星來說,它和地球之間的距離有4.2光年,按照人類目前的飛行速度,人類大約需要8萬年左右才可以到達。
  • 以無限接近光速離開地球1小時返回,會經歷什麼?科學家給出答案
    愛因斯坦在他的相對論理論作出判斷:物體的時間會隨著速度的加快而變慢,讓物體的速度逐漸接近光速的時候,時間就趨向於停止,當速度等於光速時,時間就完全停止,如果有能力超越光速,時間就會倒流,因此也就可以回到過去了。這就是愛因斯坦的關於時間與速度的預言,那麼按照愛因斯坦的這個理論,假如人類製造一艘光速飛船,駕駛著這艘光速飛船離開地球1小時,會經歷什麼事情?
  • 一個人以光速飛行一分鐘,回到地球後,還能見到家人嗎?
    一個人以光速飛行一分鐘,回到地球後,還能見到家人嗎?,處於不同的位置,時間也會有不同的差異,當然,這種差異往往是比較小的,這樣的差異也本不影響我們正常的生活,這跟地球的引力場有一定的關係。首先我們要知道,既然是以光速飛行一分鐘,那麼這一分鐘是指飛船的一分鐘,而不是地球的一分鐘,這一分鐘,對於一光速行駛的人來說,僅僅只是一瞬間而已,但是對於地球上面的時間來說,卻是有可能過去了上百年,甚至上千年的時間。
  • 如果有人以光速飛到宇宙中,1天後返回,他的家人還在地球上嗎?
    因為光速飛船上的時間變慢了,不再與地球上的時間同步。如果有人搭乘光速飛船在宇宙中飛行1天再回到地球上,他的家人還在地球上嗎?因此,即便是飛到宇宙的盡頭,光速飛船也是一瞬間到達。如果再返回地球,也是一瞬間抵達。從出發到飛到宇宙盡頭,再到返回地球,光速飛船上的人感受不到時間流逝。然而,光速飛船外的時間就不是這樣子了。據估計,整個宇宙的半徑至少為12萬億光年(465億光年只是可觀測宇宙的半徑),當光速飛船完成星際飛行之後,飛船外的時間將會過去24萬億年。
  • 一個人以光速在宇宙飛行10秒,再返回到地球,家中的父母還在嗎?
    如果以帕克號的最快速度飛行,往返地球與月球之間只需要不到3秒鐘,從地球飛往火星也僅需78個小時,約3天左右,儘管帕克號探測器的速度很快,但它在宇宙最快的速度光速面前,慢得像蝸牛一樣。10秒,然後在返回地球,那麼他家裡的父母還活在這個世界上嗎?
  • 以光速在宇宙中飛行24小時,返回地球後,你在家人還在嗎?
    這樣的豪言壯語,在現在估計同樣會被很多人恥笑,認為這是在做夢。宇宙大到沒有邊際,光速也只是龜速,而愛因斯坦的相對論又告訴我們,有質量的物體速度只能無限接近光速。既然光速是一個極限,那人類又如何走遍宇宙?對於未來的事情我們難以給出判斷,而我們今天要討論的也不是人類是否能夠走遍宇宙,而是另一個跟光速有關的話題。那就是以光速在宇宙中飛行24小時,返回球後,你的家人還在嗎?
  • 當我們以亞光速從地球出發,1年後返回,地球上有什麼變化?
    同時,愛因斯坦也表示,如果人類可以無限接近光速飛行,那麼時空就會發生變化,換句話來說,當我們亞光速出發飛離地球1小時後返回,地球早已經不是1小時之前的模樣。簡單來說,當我們坐著亞光速的飛船離開地球,我們過去的1小時,對於地球來說很可能是1年甚至更久的時間,根據公式計算,如果我們以0.99999624c的速度飛離地球,我們在飛船上1小時的時間大約地球上會過去半個月,不過,如果我們的速度為0.999999999999無限接近光速去飛行,那麼當我們返回地球的時候,地球很可能早已滄海桑田。
  • 當我們以亞光速從地球出發,1年後返回,地球上有什麼變化?
    按照達爾文的進化論,人類出現在地球上已經超過500萬年的時間,不過,人類卻仍然沒有辦法飛出地球,這完全是因為我們的速度實在是太慢了,而宇宙又實在是太大了。同時,愛因斯坦也表示,如果人類可以無限接近光速飛行,那麼時空就會發生變化,換句話來說,當我們亞光速出發飛離地球1小時後返回,地球早已經不是1小時之前的模樣。
  • 如果乘坐光速飛船從地球出發,遨遊一分鐘返回,地球過去了多久?
    在鍾慢效應的影響下,有人提出了這樣一個問題:如果我們乘坐光速飛船從地球出發,遨遊一分鐘返回,地球過去了多久?事實上,這個問題本身就有一個錯誤,前面我們所說了,有質量的物體,它的速度只能無限接近光速,所以飛船的速度也只能無限接近光速。如果飛船的速度真的達到了光速,飛船內的時間已經失去了意義。
  • 假設有人以光速太空飛行10年返回地球,結果怎樣,會變年輕嗎?
    10年後返回地球,那麼他變年輕,還是變老呢?,如何理解?簡單來說無論你的速度有多快,不管是逆著光向飛行,還是順著光向飛行,你所看到的光速恆定不變。,那麼宇宙存在不合理,因為每一個天體都在快速運動中,銀河系在運動,太陽系在運動,地球也在運動,光速會因此而變慢和變快,所以宇宙中應該有的光飛得快,而有的光應該飛得慢,但是我們所見到光都是一樣快,肯定了光速不變原理。
  • 以光速飛離地球,一小時後返回原地,將會看到怎樣的變化?
    而假設在條件成立的情況下,人類以光速離開地球,並且在一小時後立馬返回地球,這個人會經歷什麼有趣的事情呢?首先,以上所說的光速飛行是存在兩種情況的,而依據情況的不同,這個以光速飛行的人所經歷的事也完全不一樣。首先,我們必須設定好參照物。
  • 如果人以光速飛行10秒,再回到地球會發生什麼?後果很難想像
    光速有多快?隨著我們的科技越來越先進,我們就想要研究出更快的交通工具,但無論我們如何研究,都很難達到光速,根據計算得出,光速大約等於每秒30萬公裡,按照這個速度,光走一年的時間,就達到一光年,而這個距離剛好是太陽系的直徑。
  • 如果人類能達到光速,並且在宇宙飛行1分鐘,回到地球後會怎樣?
    愛因斯坦認為,其實時間與物體本身的運動速度是有關的,當運動速度越快,時間流逝的將會越慢,而如果速度無線與光速接近,那麼在某種程度上也意味著無限接近靜止。不知道大家有沒有看過《星際穿越》這部電影,在電影中便出現了宇宙中的一小時,等於地球上7年的橋段,這其實就是因為引力太大了,導致時間的流速變慢。
  • 關燈之後,以光速飛行的光子們,都離開地球進入太空了嗎?
    對速度高達300000km/s的光子來說,逃逸速度僅為11.2km/s的地球,顯然是個很小的地方,因此在人造光源發光的一瞬間,"第一批光子"其實就已經離開地球了,兩秒鐘不到的時間,它們就能飛出地月系。
  • 如果用光速駛離地球,1個小時後,地球上會發生什麼變化?
    假如達到光速後離開地球1小時,地球上會發生什麼變化?光在很多現實當中都可以傳播,並且是目前已知的世界上最快的速度,其實這個最快的速度指的是光在真空中的傳播速度,而並不是在地球上,因為在這裡面會受到一些物體的阻擋會影響光速的運動。
  • 達不到地球逃逸速度,我們就無法離開地球了麼?
    光又為什麼能達到光速?》裡又說了物體的運動速度永遠無法超過光速,然後有些三體迷就從這兩個地方想到了大劉在《三體·死神永生》裡描述的黑域(光墓):黑域的正式名字叫低光速黑洞,由許多曲率驅動的飛船的航跡包裹而成,它能夠把黑域裡面的真空光速降低到逃逸速度以下,然後根據任何物體的運動都無法超過光速,所以黑域裡任何物體的速度都無法超過它的逃逸速度,所以任何物體都無法從黑域裡逃出來,所以就無法威脅到其他的文明(就是把自己鎖死,然後告訴其他的神級文明