光速下時間會停止，是不是坐在光速飛船裡的人就不會老了？

如果人以光速飛行就不會老嗎？這是一個關於時間的相對性的問題，所以討論這樣的問題我們要用到產生時間相對性問題的一個科學理論——相對論。

狹義相對論

相對論是德國+瑞士（雙國籍）物理學家愛因斯坦在1905年首先提出的，當然，當時並不叫相對論，他那一年剛剛哲學（即我們的物理學）博士畢業，發表了包括博士論文在內的五篇重要論文，其中一篇《論運動物體的電動力學》提出時間和空間是具有相對性的，以此來解釋麥克斯韋方程組中導出的一個結論：光速與參考系無關。這一篇就是我們所說的建立人類全新時空觀的物理理論——狹義相對論。

同年他發表了另一篇關於狹義相對論的重要論文：《物體的慣性跟它所含的能量有關嗎？》，在這篇論文中他給出了著名的質能方程：E=mc^2。但討論時間相對性的問題我們其實只需要第一篇（《論運動物體的電動力學》）。

讓人誤會的名字

在這篇論文提出的劃時代的物理理論裡，愛因斯坦指出時間和空間並不是絕對的，它們是相對的，在不同的慣性參照系下看到的時間和空間是不一樣的。但他同時指出：它們作為一個整體的時空是絕對的。

很多剛聽到相對論的人都有種誤解，以為相對論說一切都是相對的，但其實相對論的核心裡就有幾個核心的絕對概念，比如時空是絕對的，光速也是絕對的。但誤解一旦產生就很難消除，以致他的新理論被賦予了「相對」的名字，稱為狹義相對論，對此愛因斯坦的內心是拒絕的……

時間和空間的相對性——鍾慢和尺縮

但其實用什麼樣的一個名字不重要，懂的人自然懂，不懂的人你換個名字他還是不懂……

回到正題，愛因斯坦在狹義相對論中提出，時間和空間都是相對的，不同的參照系下測量到的時間和空間長度會存在差異。對於一個靜止的參考系上的觀察者（比如地球上的人）而言，一個高速運動的物體（比如高速飛船）所在的參考系的時間間隔會變長，空間長度會縮短。我們現在稱這種效應為鍾慢效應（或稱時間膨脹效應）和尺縮效應（或稱空間收縮效應）。

光速運動的人就能長生不老嗎？

那麼我們現在可以來回答當人以光速運動會不會長生不老的問題了，按照時間膨脹效應的推論，當運動速度趨近於光速，時間會變得越來越慢（時間間隔越來越大），推論下去當運動速度達到光速，時間就停止了，時間停止了不就長生不老了嗎？沒錯，在地球人看來，光速運動的人確實是長生不老了，因為時間定格了（時間間隔無窮大）。

然而，這是「在地球人看來」，很顯然，在狹義相對論下這是相對的，地球人看來高速運動的人時間慢了，但高速運動的人自己可不這麼認為，在高速運動的人看來自己的時間是正常的，倒是外界的時間會變慢了。這就是著名的雙生子佯謬問題，這個現象告訴我們，在觀察者（無論是地球觀察者還是高速運動的觀察者）自身所在的參照系看來，時間是正常「流逝」的。

那麼對於光速運動的人自己呢？答案是：沒有這種參照系……這是狹義相對論的一個結論：光速不能作為參照系。

其實你很容易能明白為什麼，對於一個時間靜止的參照系，它上面即使有觀察者也無法做出任何觀察行為，因為他沒有時間觀察……

這就很尷尬了，不是說高速運動的人覺得自己的時間都很正常嗎？怎麼一到達光速就突然變了呢？這就要提到愛因斯坦的第二篇狹義相對論論文了。

速度極限下的質量相對性——質量膨脹

鍾慢效應和尺縮效應是在光速不變原理基礎上推導出來的，也就是說它們成立的基礎就是光速不變。所謂光速不變就是真空中的光速在所有的慣性參照系下測量都是一樣一樣的，並不會隨光源或觀察者的運動而改變。也就是說它不會疊加任何物體的運動速度，這很容易就讓人想到它是運動速度的極限，因此，運動物體無論怎樣加速，它都不可能超過光速。

在得到上面時間膨脹和空間收縮的相對論效應後，愛因斯坦在他的第二篇相對論論文中，根據光速極限的前提發現當物體加速到接近光速時，無論如何給它提供能量繼續加速，它都無法超過光速。那麼問題來了，根據動能定理，當輸入能量對物體進行持續加速，物體的動能理應持續增加，但由於光速極限的限制，物體的運動速度無法同步增加，這導致能量輸入與動能也無法繼續同步增加，輸入的能量沒有產生相應的動能，那麼輸入的能量去哪兒了？

偉大的發現——質能關係

最終愛因斯坦通過與時間膨脹和空間收縮同樣的方式推導出第三個相對論效應——質量膨脹。他指出當運動物體被加速到趨近光速，它相對於靜止觀察者質量會增加，所增加的質量就是前面加速過程中丟失的能量！這樣愛因斯坦無意中發現一個宇宙的奧秘——質量=能量，這就是他的狹義相對論裡最偉大的發現——質能關係！

質量膨脹效應導致時間停止的光速參照系無法出現

根據質量膨脹效應，當運動物體被加速到趨近光速，它的相對質量會越來越大，無論以何種方式對其繼續加速都變得越來越困難，按照理論和數學推論，當達到光速，其相對質量將變得無窮大，這顯然是不可能的，因為即使我們找來全宇宙的能量，它都是一個有限的值，而並非無窮大……因此很顯然，有靜止質量的運動物體是沒有可能通過加速達到光速的，也就是說通過加速的光速參照系不會出現。

有質量的高速運動物體與光速之間永遠隔著一道無可跨越的鴻溝！

結論

在地球看來，當人無限接近光速運動，他的時間就會趨近於停止，那麼他對於我們來說就已經是長生不老了。但是對於無限接近光速運動中的人而言，他所經過的時間沒有任何變化，在他看了，一秒鐘依然是一秒鐘，一天依然是一天，一年依然是一年，只不過在他看來，可能宇宙就不是誕生138億年了……

但是他的速度永遠無法達到光速，他的時間永遠無法達到停止，因此在他自己看來，他永遠不會長生不老……

彩蛋：我發現一件不得了的事情！

在前面結論裡我提到「在他看來，可能宇宙就不是誕生138億年了」的時候忽然想起。由於時間的相對性，按照狹義相對論，在無限接近光速導致時間膨脹的人看來，宇宙可能誕生不久，因為在他看來，整個宇宙比地球所看到的小（尺縮效應）……如果他運動得足夠快，可能看起來宇宙誕生還不到十年，很可能比他自己所知道的自己的年齡還小……一個在宇宙誕生前就出生了的人出現了……