以99%光速飞行，飞出太阳系需要多少时间？飞出银河系呢？

从理论上来讲，我们似乎不可能造出光速飞船，但达到99%光速却是允许的，那么问题就来了，假如我们以99%光速飞行，飞出太阳系需要多少时间呢？

如果以奥特星云为界的话，太阳系的半径大约为1光年，也就是说，我们只需要计算出以99%光速飞行1光年，需要多少时间，就可以得出答案。看到这里可能有人会说了，1光年就是以真空中的光速直线飞行一年的距离，而1除以0.99约等于1.01，所以这个问题的答案难道不是1.01年吗？

其实这个答案是正确的，但是却不是唯一的，因为根据爱因斯坦在狭义相对论中的描述，时间不是绝对的，而是相对的，简单来讲就是速度越快，时间就越慢，这被称为“钟慢效应”。

据此可以得出，假如有一艘以99%光速飞行的宇宙飞船从地球出发，那么从地球上的人来看，这艘宇宙飞船确实需要大约1.01年的时间才能飞行1光年，但从这艘宇宙飞船的乘客来看，他们根本就没有用到这么多的时间。

“钟慢效应”是怎么来的？

其实这是来自于一个重要的公设——光速不变原理，即：光在真空中的传播速度是恒定不变的，与观测者和光源的运动无关。意思就是说，对于一束在真空中传播的光束而言，无论你的运动方向是与它相同还是相反，又或者是静止不动，这束光在你看来都是同一个速度。

上图为一个“光子钟”，光子可以在上下两面镜子之间来回反射，由于光速和距离都是确定的，因此我们可以将其作为计时工具，即光子每完成一次反射（从上到下或者从下到上），就用时d/c秒（d为两面镜子的距离，c为光速）。

假设有两个“光子钟”，一个放置于地球上，一个放置于高速飞行的宇宙飞船中，这时我们可以就看到，在地球上的“光子钟”每完成一次反射的时间是d/c秒，而宇宙飞船上的“光子钟”就不一样了，为什么这么说呢？

如上图所示，从地球上来看，宇宙飞船上的光子移动的距离，除了两面镜子之间的距离之外，还多出来一个由宇宙飞船本身的速度v产生的距离，也就是说，它飞行的距离增加了，而根据光速不变原理，光子的运动速度不会与宇宙飞船的运动速度叠加，因此它每完成一次反射的时间就变成了（d + 多出来的距离）/c秒，这就意味着，从地球上来看，宇宙飞船上的时间变慢了。

需要指出的是，虽然“钟慢效应”看上去非常反直觉，但在过去的日子里，科学家们已经对此进行了多次验证，例如著名的“飞行钟”实验以及“μ-介子”实验等等。因此可以说，我们要讨论上述问题，就必须要将这个效应考虑进去。

那么具体答案是什么呢？

上图为描述“钟慢效应”的公式，其中的T0可以代表地球上的时间，T可以代表宇宙飞船上的时间，V可以代表宇宙飞船的速度，C则为光速。

我们据此可以计算出，如果宇宙飞船以99%光速飞行，那么宇宙飞船就会比地球上的时间慢大约7倍，所以从这艘宇宙飞船的乘客来看，飞行1光年，或者说飞出太阳系，仅仅需要大约53天的时间。当然了，从地球上的人来看，这艘宇宙飞船还是花了大约1.01年的时间。

可以看到，对于宇宙飞船的乘客而言，仅用53天就可以飞出太阳系，确实是很愉快的，那飞出银河系呢？我们不妨再来算算。

银河系的直径至少有10万光年，而太阳系距离银河系中心约有2.5万光年，也就是说，我们至少要飞行2.5万光年的距离，才能够飞出银河系。经过简单计算后我们可以得出，在算上了“钟慢效应”之后，宇宙飞船仍然需要大约3600年。

不得不说，这个结果是很令人失望的，不过没关系，因为既然我们可以让宇宙飞船达到99%光速，那么我们也可以让其达到更快的速度，根据“钟慢效应”的公式我们能够得出，速度越接近光速，“钟慢效应”就越明显（可参考下图）。

可以看到，当宇宙飞船的速度达到99.999999999999%光速时，其时间可以变慢707万倍，显而易见的是，假如我们以这样的速度飞行，别说是飞出银河系了，就算是飞往254万光年之外的仙女座星系，也只需要4个多月而已。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

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