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速度对时间的影响有多大?以光速飞离地球一分钟,地球过了多久?

速度会影响时间的流逝,这源于狭义相对论所讲的时间膨胀效应,物体的运动速度越快,物体上的时间流逝速度就越慢。

一个理论上的例子就是“双生子佯谬”,双胞胎中的弟弟驾驶亚光速飞船离开地球,回来时,飞船上的弟弟与出发时无异,而留在地球上的哥哥已经是一个耄耋老人了。另一个现实中的例子则是导航卫星。卫星运行在地球轨道,速度在7.9km/s之上,所以卫星上的时间流逝速度要慢于地球表面,如果不实时进行时间校准,最终显示出的导航位置就会谬之千里。

既然运动速度会影响时间的流逝,那么这种影响到底有多大呢?

这是可以通过相对论时间膨胀效应公式来进行计算的。速度对时间流逝速度的影响并不是线性的,而是呈几何级数递增的。对于人类来说,50%的光速已经足够快了,是人类难以企及的速度,但这个速度所引起的时间膨胀效应仅为1.15倍。也就是说如果我们驾驶一艘50%光速的飞船离开地球,在不考虑起飞加速和返航减速等复杂问题的情况下,飞离地球一分钟,地球上只是过去了1.15分钟而已,也就是1分9秒。

如果达到了光速的90%,时间膨胀效应就会比较明显了,大概是2.29倍。

也就是说如果驾驶一艘90%光速的飞船离开地球,一分钟后,地球上的时间大概过去了2.29分钟,也就是2分17秒左右。所以在双生子佯谬的例子中,如果驾驶的是90%光速飞船,地球上的哥哥不会变成一位老者,只是个中年人而已。如果速度达到了光速的99%,那么时间膨胀效应就会达到7.09倍,也就是说飞船离开地球一分钟,地球上将过去7.09分钟,不到7分6秒。

如果进一步提高速度,达到光速的99.99%,那么时间膨胀效应则会达到70倍以上。

也就是说驾驶99.99%光速的飞船离开地球一分钟,地球上将过去70分钟,也就是1小时10分钟。此时的时间膨胀效应已经十分明显了,可以实现双生子佯谬中所描述的那种情形了。那么,如果是以光速飞行又会怎么样呢?如果是以光速飞行,那么时间膨胀效应就会达到无穷大。事实上对于光速移动的物体来说,时间和空间根本就不存在,无论你想去哪里,都可以瞬间到达。

为什么呢?因为时间膨胀效应与尺缩效应是等价的,当时间膨胀效应趋于无穷,尺缩效应也就趋于无穷,所以时间无限长,距离无限短。

也就是说对于光速移动的物体本身而言,即便是穿越整个宇宙,也只需要一瞬间便可以完成。不过这只是理论上,现实中是无法实现的。因为我们生活在四维时空,也就是由三维空间和一维时间所组成的世界,对于光速移动的物体而言,没有时空的概念,因此也就不是四维时空的产物,据此我们也可以说光就是游走于四维时空与高维时空之间的界限。

从相对论的视角来看,无论多么趋近于光速,都是可以实现的,可要想从无限接近于光速跨越到光速,则是无法完成的任务。

因为具有静止质量的物体一旦达到光速,质量就会趋于无穷大,所以需要无穷大的能量才可以实现,而宇宙中是没有无穷大的能量的,自然也就不可能将其推进到光速。这非常有趣,有点类似于我们所熟悉的“砍一刀”,在最后一刀之前,都是容易实现的,而这最后一刀却是无法完成的任务。

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