光速飞行，能永生吗？

在探讨人类的星际旅行以及时间奥秘时，有一点需要首先明确：根据目前的科学认知，光速飞行是不可能实现的，因此，在这里我们以无限接近光速的情形来理解所谓的 “光速飞行”。

依据爱因斯坦狭义相对论中的 “时间膨胀原理”，速度与时间之间存在着一种奇妙的关系：速度越快，时间流逝得就越慢。

我们似乎有理由认为，如果人类能够以接近光速的速度一直运动下去，或许就能够实现 “长生不老”。这一观点乍听起来颇为合理，仿佛为我们找到了一条通往永恒生命的道路。

然而，这实际上只是一种误解。倘若如此简单就能实现长生不老，那我们可就真的掌握了一项了不起的绝技。那么，为什么时间膨胀效应并不能真正地延长我们的寿命呢？另外，我们常常听到的 “双生子佯谬” 又是怎么一回事呢？

为了更好地理解这些问题，我们不妨设想这样一个场景：有一对双胞胎 A 和 B，让 B 乘坐一艘接近光速的宇宙飞船前往外太空旅行，设定旅行时间为 10 年。当 B 返回地球时，会发现地球上的 A 比自己老了许多。这看起来似乎是 B 的寿命得到了延长，事实真的如此吗？接下来，我们就深入探讨一下这个问题。

在牛顿经典力学所构建的绝对时空观中，人们普遍认为时间在不同的地点、不同的参考系下，都是连续且稳定地流逝着。无论物体的运动状态如何，不同个体所感受到的彼此时间流逝速度都是相同的。在这种绝对时空观里，时空就像是一个为万物提供运动的舞台，它静静地存在着，既不参与物体的运动，也不会受到物体运动的影响。

然而，狭义相对论却为我们揭示了一个截然不同的世界。狭义相对论指出，一个惯性系的运动，会导致其他惯性系下的观察者看到该惯性系中的时间发生膨胀，也就是时间流逝的速度减慢。这里需要特别注意的是，“相对论” 之所以被称为 “相对论”，其核心就在于该理论下的所有效应都是相对于其他观察者而言的。

我们以一个光子钟为例来进一步说明。在一艘宇宙飞船中，我们在其底部和顶部各放置一块反光镜，然后发射一个光子。当宇宙飞船处于静止状态时，无论是飞船内的你，还是外部的观察者，看到的光子运动情况都如上图左所示，此时并不存在所谓的时间膨胀效应。

但是，当宇宙飞船以高速飞行时，情况就发生了变化。在飞船内部的你看到的光子运动，依然是像左边那样上下震荡。然而，外部的观察者却不这么认为。

在他们眼中，光子从底部出发到达顶部，再返回底部所经历的路径变长了，相应地也就需要更长的时间。所以，从外部观察者的视角来看，飞船内的时间变慢了。但对于飞船内的你来说，一切都显得那么正常，你的手表依然像往常一样走动，你所经历的一小时还是一小时，也就是说，即便你以接近光速的速度飞行，你的寿命并不会因此而延长，该活一百岁还是只能活一百岁。

不仅如此，外部的观察者还会发现，飞船内你的动作也变慢了，就好像在观看一部慢动作电影。而在飞船里的你，却丝毫没有察觉到自己的动作有任何变化，一切都和往常一样自然。

反过来，飞船上的人也会观察到类似的效应，他们会觉得地球上的时间也变慢了。这就产生了一个疑问：既然双方都看到对方的时间变慢了，而各自又感觉自己的生活没有任何变化，那么相对论的时间膨胀效应究竟有什么意义呢？难道对任何一方都没有实质性的影响吗？

这其实就是著名的 “双生子佯谬”。

对于乘坐接近光速飞船外出旅行的 B 和待在地球上的 A 来说，由于速度是相对的，A 和 B 在观察对方时，都会认为对方以接近光速的速度远离自己。因此，A 会觉得 B 的时间变慢了，同样，B 也会觉得 A 的时间变慢了，双方都认为对方变得更年轻了。那么，究竟谁的观点才是正确的呢？

如果 A 和 B 永远不再相遇，那么从各自的参考系来看，他们的观点都是正确的。

然而，一旦 B 返回地球与 A 相遇，情况就有所不同了。在这种情况下，B 的说法是错误的。在狭义相对论中，并非所有的观察者都能享有同等的效应。只有处于惯性系的观察者，也就是没有经历过加速运动的观察者，才会相互享有同等的效应。

我们知道，B 在乘坐宇宙飞船远离地球的过程中，必然要经历加速；而在返回地球时，又要先减速、掉头，然后再加速。在这个加速和减速的过程中，B 所处的参考系就不再是惯性系，也就不能享有相对论所赋予的同等效应。

而地球上的 A 所处的参考系相对稳定，可近似看作惯性系，所以 A 的观点是正确的。也就是说，当 B 返回地球时，B 确实会比 A 年轻。如果 B 一直以接近光速的速度远离地球而不返回，那么对于 A 和 B 来说，他们所观察到的相对论效应并不会对彼此产生实际的影响。

这意味着，A 和 B 如何看待对方并不重要，关键在于他们必须重新回到同一参照系，这种比较才具有实际意义。否则，如果 A 和 B 永远不回到同一参照系，从各自的角度出发，他们的观点都是合理的。那么，B 究竟会比 A 年轻多少呢？我们可以通过下面的公式来进行计算：

现今宇宙处于加速膨胀的状态，对于那些以接近光速远离我们的遥远星系，我们在观察它们时也会发现相对论效应。同样地，如果这些星系上的外星人观察我们，也会看到类似的现象。但实际上，我们彼此之间并没有真正相互影响到对方的生活，大家依然各自按照自己的节奏过着正常的生活。

最后，需要强调的是，狭义相对论只适用于惯性系。对于非惯性系，则需要运用广义相对论来进行诠释。不过，通过不断变换参照系，我们仍然可以尝试用狭义相对论来理解非惯性系中的一些现象，只是这种理解相对来说会更加复杂。