乘坐光速飞船离开地球1小时，地球上的人过了多久？答案让人深思

关于光速问题，一直以来都是我们津津乐道的话题。光承载着人类认识世界的希望，只要有光的地方，我们就能体会到光明。同时，光作为一种电磁波，也是物理学中常见的能量传输现象，爱因斯坦的狭义相对论很多人都知道，它有个前提就是光速不变原理，即在宇宙真空中运行速度最快，不因参照物的改变而发生变化。

然而，按照能量守恒定律，质量越大的物体，达到一定速度时所需要的能量就越多。通过洛伦兹变化，推导出物体运动“质增效应”公式，我们可以看出，当以光速运行时，物体的运动质量就会变得无穷大，所以有质量的物体，是永远也达不到光速的。

之所以构成光线的光子速度能够达到光速，原因就在于光子的静止质量为零。而按照狭义相对论，同样可以推导出以光速运行下的种种奇妙现象，比如“钟慢”效应、“尺缩”效应。我们接下来用“钟慢”效应，来看看如果乘坐以光速飞行的宇宙飞船，1个小时后地球上的人们到底过去了多久。

说到“钟慢”效应，不得不先提一下狭义相对论下的速度“叠加”。经典物理学中，速度的叠加，无非就是同一条直线上的有效速度之和或者是它们之间的差值。但狭义相对论中，在两个惯性参照系下，两个物体的运动合速度，与原来两个物体在一条直线上的各自有效速度间，存在着这样的对应关系：v=(v1+v2)/(1+v1*v2/c^2)，通过这个关系式，我们可以看出，无论原来两个物体速度多快，即便是相反方向，它们的合速度依然不会超过光速。

在这个光速不变原理基础上，通过推导，可以得出高速运动物体，能对不同惯性参照系下的空间移动、时间流逝的影响程度。以“钟慢”效应为例，处于两个惯性参照系下，两个物体所处的时间流逝对应关系为：T’=T/√(1-v^2/c^2)。

式中，v为高速飞船速度，c为光速，T’为地面经历时间，T为飞船经历时间。

如果飞船的运动速度越快，那么在飞船所在的惯性参照系内，时间的流逝速度虽然正常，但对于地面来说，属于未发生明显位移的惯性参照系，从地面看，飞船上的时间过得越来越慢。

这里面存在着一个疑问，那就是运动是相互的，从地球上看飞船以高速运行，飞船上的时间过得很慢，那么从飞船上看地球，也同样以高速远离，是不是时间过得同样慢呢？如果一样的话，就不会存在“钟慢”效应了，大家毕竟都慢嘛。

这里还得提一下，狭义相对论的成立条件，即必须是在惯性参照系内，两个不同参照系内的物体运动，必须处于匀速直线运动或者静止的状态，如果有一方发生变速（速度大小或者方向改变），那么狭义相对论就会不再适用。因此，如果光速飞船离开地球后，一路向前匀速前进不再返回，那么无论从哪个参照系看，两者的时间流逝速度，都相互独立且不受彼此影响，不发生任何信息交流，也没有什么时间流逝的对比产生。

显然这不是我们要的结果，我们就是想通过超高速运动下两个物体的运动，来衡量彼此的“时间差”。为了不产生“双生子悖论”，科学家们认为，哪一方先打破惯性参照系，就以这一方为基础，来推算另外一方的时间流逝速度。

如果人们乘坐光速飞船飞出一小时再回来，显然地球的运动状态没有什么改变，那么打破“规律”的自然是飞船。按照飞船的速度，套用上面的“钟慢”公式，我们就能看出地球上的人类，所经历的时间流逝速度，要大于飞船的时间流逝速度。

这里，我们假设飞船从静止到加速、到接近光速的“过渡时间无限小，同样飞船折返瞬间以及再次加速的时间也无限小，而且飞船上的人们也能承受住这样的超高加速度，我们看一下以亚光速飞行1小时，地球上过去了多长时间。

如果飞船速度达到90%光速，1小时返回后，地球经历的时间为2.3小时；如果飞船是99%光速，那么地球所经历的时间为7.1小时；而以99.99%光速计算，地球已经经历了70.7小时。可以看出，飞船越接近光速，地球上的时间流逝速度就越快。当飞船光速到达光速的99.999999%时，地球将经历7071小时，即294天。

我们再继续提高飞船速度，地球上过去的时间还将会继续变长，陆续突破达到百年、千年，甚至几千万年都有可能。而一旦真正达到光速（当然这是不可能的），那么，地球上的时间流逝将会达到无穷大，说不定人类甚至地球都早已不复存在。