如果你30岁飞船光速飞出地球,地球过了150年你再回来时你180岁。相反当飞船无限趋近于光速,出去回来对于宇航员来说只是一瞬间。
钟慢尺缩效应
根据爱因斯坦的狭义相对论,飞船的速度太快会出现“钟慢尺缩”效应。意思是飞船高速飞行时,飞船里有个表,地球上有个表,两个表会对不上。假设地球上有个千里眼能看到飞船上的时钟会发现这个时钟走的比地球上的时钟慢。
在地球上的观察者看来除了时钟,一切事物都相对变慢。比如说飞船上的人正在练武术。
飞船里是这么练的
地球上的观察者看到的是这样的
光速不变原理
狭义相对论是爱因斯坦基于光速不变原理推导出来的。光为一种电磁波,光速不变原理又是通过麦克斯韦电磁理论中电磁波的速度为常数得出,并且电磁波不受时间和空间所影响,后来迈克尔逊——莫雷实验又通过实验证明了麦克斯韦理论,所以光速不变原理是已经被证实的。那么爱因斯坦狭义相对论毫无疑问是正确的。
飞船达不到光速
质能等价理论是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论,通过这个推理可以知道质量和能量是等价的。物质的质量越大,能量就越大。相反能量越大,质量就越大。
通过质增效应,可以知道如果静止的质量为m0的物体的速度越大,动质量m越大。
质增公式
当飞船速度越快,质量就越大,质能等价,需要的能量就要越大。当v=c时,分母为0时除非分子m0同时为0,否则不成立。相反任何静质量为0的物质,能达到光速,不能低于光速,只能是光速。飞船有质量所以达不到光速,除非相对论错了。
假设飞船达到光速回到地球多少岁
因为飞船达到了光速,所以爱因斯坦的狭义相对论错了,那么就不能用狭义相对论来计算。也就没有相对时间变慢的问题,地球时间和飞船时间是同步的,宇航员要是还没有挂掉,就是30+150=180岁。
还有一种科幻片的可能性:
科幻片宇宙飞船里是有休眠舱的,人往里一躺,把身体冷冻起来,睡觉一觉醒来就是N年。30岁上飞船开始睡,中间起来溜达溜达再睡,150年后醒来还是30岁。这种技术在地面上实现了把得了癌症的将死之人冻起来,但是目前还没有成功复苏的案例。将来癌症问题解决了能不能让冻人苏醒谁也不知道。
飞船未达到光速,趋近于光速
根据狭义相对论,钟慢尺缩效应,当物体高速行驶,相对于外在的观察者来说,飞船里的时钟会变慢,时间膨胀,飞船尺寸变小。
当速度接近于光速,当飞船到达地球上摆放时钟过去的时间t'约为150年,光速为C带入洛伦兹时间变换公式计算可以得出
飞船里的时钟过去了:
当速度为0.99c ,t=21年
当速度为0.9999c ,t=6.7年
当速度为0.999999c ,t=0.21年
当速度为0.9999999c ,t=0.067年
当速度为0.99999999c ,t=0.021年
当速度为0.999999999c ,t=0.0067年
飞船越趋近于光速,飞船里的过去时间越短,一去一回对于地球来说过了150年,对于飞船里的人来说只是一瞬间。
这里面不包含飞船加速的时间和减速的时间。