目前最快的宇宙飛船速度宇宙飛船速度

雖然人類科技水平有限，但我們可以基于想象進行現(xiàn)實中無法實現(xiàn)的意識形態(tài)實驗。包括牛頓、愛因斯坦、薛定諤在內(nèi)的許多物理學(xué)家都提出了著名的思想實驗，比如牛頓的大炮、愛因斯坦的追光思想實驗、薛定諤的貓。
16歲時，愛因斯坦曾經(jīng)想象過，如果他趕上一束光，他會看到什么。這個思想實驗為他后來創(chuàng)立狹義相對論奠定了基礎(chǔ) 。本文討論的題目源于愛因斯坦的狹義相對論。如果一個人以光速飛進宇宙，一天后回到地球，還能見到家人嗎？地球上的時間究竟過去了多久？

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如果我們從生活經(jīng)驗出發(fā)，這個問題的答案似乎很簡單，在宇宙中飛回一天，當(dāng)然是在地球上過去的一天。但事實上，我們被所謂的常識蒙蔽了雙眼。相對論告訴我們事情沒那么簡單。
根據(jù)相對論，時間在宇宙中的任何地方都不是以同樣的速度流逝的，宇宙中沒有絕對的標(biāo)準(zhǔn)時鐘。如果比較兩個不同速度參照系的時間，會發(fā)現(xiàn)時間的流逝有快有慢，在較快的參照系中時間變慢。
比如高鐵上的時間比地面慢。實際上慢多少時間取決于高鐵的速度v 。狹義相對論給出了計算公式:

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其中δ t為地面時間，δ t為高鐵上時間，c為真空中光速。
因為光速接近每秒30萬公里，遠(yuǎn)高于高鐵，時間膨脹效應(yīng)可以忽略不計。假設(shè)高鐵的速度是300公里/小時，當(dāng)一個人乘坐高鐵一天，他所經(jīng)歷的時間比地面上的人慢3.3納秒左右，也就是33億分之一秒。

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但當(dāng)速度接近光速時，v/c會接近1，會使時間膨脹效應(yīng)非常明顯。另外需要注意的是，上述公式也意味著物體的運動速度不能達到光速，否則分母就失去了意義。雖然物體的速度達不到光速，但我們可以討論當(dāng)速度接近光速時會發(fā)生什么。
因為相對論否定了絕對時間的概念，所以每當(dāng)我們談?wù)摃r間的時候，我們都需要知道時間對應(yīng)于哪個參照系。假設(shè)這一天的時間是飛船參照系的時間，當(dāng)一個人以光速99%的速度乘坐飛船飛行一天后返回，那么，在這個時候，地球上的時間將會過去7天。對于地球上的人來說，飛船是一周前離開的，但是飛船上的人會認(rèn)為離開的時間是昨天。

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如果飛船以99.94443%的光速飛行一天，一個月就會在地球上過去。如果宇宙飛船以99.9996245%的光速飛行一天，地球上會過去一年，宇宙飛船上的人也會過去一天，但地球上的人已經(jīng)成長了一年。隨著航天器的速度越來越接近光速，時間推移率的差異將迅速增加。如果飛船持續(xù)一天，可以相當(dāng)于地球上100年、1萬年甚至更久。
所以，飛船里的人回到地球后能否再次見到家人，完全取決于飛船的飛行速度。如果宇宙飛船的速度足夠快，地球?qū)⒁呀?jīng)是一片變化的海洋。事實上，這樣，飛船就可以飛向地球的未來。

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值得注意的是，無論飛船飛得多快，飛船上的人都不會覺得自己的時間在變慢，一天又是一天。但是如果地球上有人通過天文望遠(yuǎn)鏡觀察飛船，他會發(fā)現(xiàn)飛船上的人移動非常慢。只有對比時間的快慢才能知道區(qū)別，不能直接感受時間是變快了還是變慢了。
這里還有一個問題。據(jù)說運動是相對的。航天器相對于地球的快速運動也可以看作是地球相對于航天器的快速運動。那么，這是否意味著地球上的時間正在放緩？
其實不然。從離開地球到返回地球，飛船需要經(jīng)歷加速和減速，而這種能夠真正被加速的運動是絕對的，所以減慢時間的是飛船，而不是地球。

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日常生活中，兩種速度疊加合成后會發(fā)生變化。但是相對論表明光速是個例外。如果從月球上發(fā)射出一束光，無論是航天器上的觀測者還是地球上的觀測者，他們都會測量出這束光的速度等于光速。
愛因斯坦認(rèn)為，由于光速不變，其他原本被認(rèn)為是絕對的物理量也會發(fā)生變化，而這恰恰是時間(此外，還有空) 。無論光速是不變的還是時間在膨脹，這些現(xiàn)象都已經(jīng)被實驗所證實。