光速航行10分鐘，地球過了多少年？飛船乘員會長壽嗎？

為什么說以光速前行幾分鐘，再回到地球，這時地球就會過去好幾十年？

這是一個偽命題，或者說是一個謬論。

因為提出此問題的人根本不知道光速是怎么回事，只是道聽途說什么時光倒流、光速飛船中時間過得很慢之類的流言。事實上，如果這個世界真有達(dá)到光速移動的飛船，根據(jù)愛因斯坦狹義相對論中的速度時間膨脹理論，時間流逝是停滯的，因此這個幾分鐘從哪里來的呢？這個時間是按照飛船里的時間算，還是按照地球時間算呢？

如果按照地球時間，過了幾分鐘這艘船回來了，那就是過了幾分鐘，不存在過了幾十年的問題；如果按照飛船里的時間，飛船達(dá)到光速時間停滯，這些人根本沒有辦法知道過了幾分鐘。如果感到過了幾分鐘，那飛船就沒有達(dá)到光速，或者說這幾分鐘是沒有達(dá)到光速之前的感受。

何謂速度時間膨脹效應(yīng)？

愛因斯坦的時間膨脹理論有兩種，一種是速度時間膨脹，一種是重力時間膨脹。今天就不說重力時間膨脹效應(yīng)，只說說速度時間膨脹效應(yīng)。愛因斯坦狹義相對論認(rèn)為，在不同速度的參考系中，時間流速是相對的，是不一樣的。相對速度較慢的參考系，速度越快的參考系，時間流逝得就越慢。

但這種改變在日常低速系中很難察覺，如在汽車、火車、飛機(jī)上就幾乎可以忽略不計。在宇宙航行中，速度達(dá)到每秒數(shù)千米或者數(shù)十?dāng)?shù)百千米，這種時間改變也很小，變化是以微秒毫秒計算。但由于宇宙航行導(dǎo)航精確性要求很高，即便相差微秒毫秒級，也會失之毫厘謬以千里。因此航天器上的時鐘都是要進(jìn)行誤差的相對論調(diào)整。如GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，就要調(diào)整衛(wèi)星的天地時間差，否則導(dǎo)航就會出現(xiàn)重大偏差。

速度時間膨脹的計算公式為：t'=t/√[1-(v/c)2]，式中，t‘是速度時間膨脹效應(yīng)值；t是低速系觀測者第一個時鐘時間記錄；v是第二個時鐘相對第一個時鐘的移動速度；c為光速。

在飛船中時間會減慢多少？

根據(jù)上述公式計算，現(xiàn)在每秒只有十幾千米的載人飛船，時間膨脹效應(yīng)很微弱，觀測感覺幾乎可以忽略不計。當(dāng)飛船速度達(dá)到光速的50%時，也就是每秒約15萬千米時，飛船里的時間流逝就比較明顯了，比低速系觀測者慢約1.1547倍。也就是飛船里的人過了1天24小時，地球人就過去了27.7128小時，飛船里的人過了1年，地球人就過了約1.155年，也就是近422天。

當(dāng)達(dá)到光速的80%時，飛船里的時間流逝會比低速系觀測者慢1.66倍；飛船速度達(dá)到了99%時，飛船里的時間流逝會比低速系觀測者慢7.09倍；飛船速度達(dá)到99.99%時，飛船里時間流逝會比低速觀測者慢70.7倍。

以后速度在小數(shù)點(diǎn)后每提升兩個9，時間就會慢10倍，以此類推，以致無窮。光速可以無限接近，時間呈無限變慢的趨勢，但無法達(dá)到光速，達(dá)到了光速則時間停滯，空間為零，這樣的世界是不存在的。因此計算時間膨脹效應(yīng)，只有速度還沒有達(dá)到光速時才有意義。

在無限接近光速飛船中時間會趨于無限慢。

如果乘坐達(dá)到了光速99.999999999999%的飛船，飛船里時間流逝比地球上時間流逝就會慢約707萬倍，這樣飛船里的人過了1年，地球上就過去了707萬年。在這種速度飛船里乘員感覺飛了10分鐘回來，地球就過去了134年多了。

乘坐這種飛船前往254萬光年距離的仙女座星系，飛船里的人只感覺過去了4個多月就到了，來回只需不到九個月，回到地球早已滄海桑田，地球時間已經(jīng)過去了500多萬年。

速度時間膨脹效應(yīng)不僅僅是理論猜想，早就已經(jīng)被無數(shù)次試驗和實踐所證實，現(xiàn)在已經(jīng)在宇宙航行和衛(wèi)星定位系統(tǒng)等方面廣泛應(yīng)用。但迄今為止，由于人類航天器飛行速度相比光速還只是蝸牛速度，因此時間膨脹效應(yīng)并不明顯，但探測一些接近光速的粒子衰變，效應(yīng)就很明顯了。

人類飛船很難提升到接近光速。

人類依靠提升飛船移動速度進(jìn)行星際航行是很困難的，因為速度提升除了時間膨脹效應(yīng)，還有質(zhì)增效應(yīng)。狹義相對論認(rèn)為，速度越快，動質(zhì)量越高，需要驅(qū)動飛船的能量就越大，速度趨于無限接近光速，所需驅(qū)動能量就會趨于無限大。

質(zhì)增效應(yīng)的大小適用質(zhì)速關(guān)系公式：M=m/√[1-（v/c）^2]，這里的M為物質(zhì)的運(yùn)動質(zhì)量，m為物質(zhì)的靜質(zhì)量，v為運(yùn)動速度，c為光速。

從這個公式我們可以看出，與前面的速度時間膨脹公式是一致的，也就是說，時間膨脹了多少倍，動質(zhì)量就會增加多少倍。這樣如果一個達(dá)到光速99.99%的飛船，動質(zhì)量就會增加70.7倍；而如果速度達(dá)到光速的99.999999999999%，動質(zhì)量就會增加707萬倍。

如果這艘飛船靜質(zhì)量為100噸，達(dá)到光速的99.99%時，動質(zhì)量就達(dá)到了7070噸；如果達(dá)到光速的99.999999999999%，動質(zhì)量就達(dá)到了約7.07億噸。這時推動飛船前行的動力要多大？剎車要多久？因此星際航行依靠無限提升飛船速度是不可能的，在飛船里實現(xiàn)明顯的速度時間膨脹效應(yīng)也是不夠現(xiàn)實的。

未來航天突破速度瓶頸的辦法。

未來解決深空航行速度瓶頸，科技界看好的辦法有兩個：

一個是時空折疊技術(shù)，就是所謂的曲速引擎。這種方法可以用神話中的“縮地法”來形容，就是通過重力場，將時空扭曲，就像將一張大紙折疊成折扇狀，一只螞蟻就可以從這邊迅速跨越到另一邊；

二是利用蟲洞穿越。這也是在巨大引力漩渦中，形成了一個連接兩個遙遠(yuǎn)時空的“隧道”，因此又叫時空隧道。這有點(diǎn)像火車鉆山洞過隧道，無須繞彎，就能到達(dá)山的那邊。

這兩種方式都不是直接提升飛船本身的速度，而是通過巨大能量將時空距離縮短，通俗地說，前者就是跨越時空溝壑，后者就是走捷徑。通過時空扭曲，將遙遠(yuǎn)光年尺度的路途，變得很近。

這種技術(shù)無須飛船達(dá)到亞光速，更無需達(dá)到光速，但卻能夠比光速還快到達(dá)目的地。這兩種方法都不會出現(xiàn)時間膨脹效應(yīng)，因為飛船并沒有加快，只是抄了近道。不過這兩種方法至今還只是理論上有可能實現(xiàn)，尚屬于科幻范疇。

最后提醒一下：時間膨脹并不會讓人長壽。

速度時間膨脹效應(yīng)，只是在不同速度參考系中比較，才能夠顯示出來，結(jié)果就是低速系時間流逝相對高速系，時間流逝更快而已。注意這里說的是“相對”，如果沒有“相對”，在自己系統(tǒng)里，比如在飛船上，不管速度多快（光速以內(nèi)），乘員感受到到的時間還是一分一秒度過的，因此他們過了一年就是一年，能活80歲還是活80歲。

但就像前面說的，當(dāng)他們回到地球時，地球相對時間已經(jīng)過去了很多很多年，這樣看起來飛船里的人就似乎長壽了很多，但實際上他們感受到的時間壽命還是和地球人一樣的。因為一個人是不是長壽，主要是自己體驗是不是比別人活得時間更多，從這個意義上來說，飛船中和地球上的人對時間的體驗都是一樣的。

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