接近光速飞出地球一分钟,返回后还能见到家人吗?

如果一个人驾驶近光速的飞船飞出地球再返回,共用了一分钟的时间,那么还能见到家人吗?这个问题有些同学看完可能一脸懵,既然仅仅消耗了一分钟的时间,那么当然会见到家人了,但是爱因斯坦却不这样认为。

时间到底是什么?这个问题人类追寻了很久,地球绕太阳公转一周发生四季变化被定义为一年,地球自转一周昼夜交替被定义为一天,而每个人的一生都在用地球公转周期来记录着。实际上大家在日常生活中对于时间并没有直观的感受,只是一直按照确定好的规律上学上班、放学下班、睡觉起床等等。

但有一点大家是有共识的,那就是每个人的时间都是相同的。例如出门约好朋友吃饭,两个人约定十点钟在某某地点见面,之后你十点钟到那了,常规情况下你的朋友也会在十点钟到那。但有一天发生了你准时到达,你的朋友却晚了一个小时,但你朋友认为她也是按时到达的,那也就意味着两个人的时间是不相同的。这种情况即使现在来看,大家也都会认为匪夷所思,但实际上却完全有可能发生。因为牛顿的绝对时空观深入人心,到现在我们的思维上也坚持着这样的观点。

但自从爱因斯坦提出相对论后,对于时间和空间有了更加准确的定义和描述,对牛顿理论进行了修正,其中就包括这个绝对时空观。爱因斯坦理论认为时间是相对的,每个人的时间可能是不同的。

狭义相对论中:时间的流逝速度和物体运动速度有关,物体运动速度越快,时间流逝速度越慢,如果物体无限接近于光速运动,那么时间无限接近于静止。

广义相对论中:时间的流逝速度和所处的引力场有关,引力越大(时空曲率越大)的地方时间流逝速度越慢。

那么这里就有讨论的必要了,问题中所说的一分钟到底是谁的时间?

假设有两个时钟,地球上放一个、飞船中放一个。

1、飞船中时钟过去了一分钟

问题中也设定了飞船的速度接近光速,但没有说具体为多少,在这里我们需要简化一下模型,直接省略掉加速过程、减速过程、转弯过程等等,直接就看成是接近光速匀速飞行一分钟。

从上边公式可以看出来当V不断的增大,分母不断的接近于零,那么t'就会不断的接近于无穷大。假设V=0.99999c,飞船上过去1分钟,那么地球上过去了220分钟,当V无限接近于光速的时候V=0.99999…99999c,那么最后时间膨胀的倍数就是无穷的,飞船中过去了一分钟,那么地球上可能过去了100年、1000年甚至是10000万年。那么也就是沧海桑田般的变化了。

2、地球上时钟过去了1分钟

如果这个时间指的是地球上的时间,那么接近光速飞出一分钟,回到地球上并不会发生特别大的变化,地球上就是过去了1分钟,当然对于飞船内的人来说,就是一瞬间的事情。

关于时间膨胀的概念是爱因斯坦相对论的重要推论,并且已经经过了验证甚至是应用。现在出门更多都依赖于导航,实际上导航卫星就提前修正调整了时间,这个时间差就是根据爱因斯坦相对论计算出来的,不然导航就会和实际情况出现偏差。

文/杜若,图片来源网络侵删。

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