如果有人以光速飞到宇宙中,1天后返回,他的家人还在地球上吗
星际旅行是很多人的梦想,但宇宙太大了,导致我们现在还没能飞出太阳系,去往其他恒星系统。
距离太阳系最近的恒星系统是位于4光年外的南门二,这是一个包含三颗恒星的系统,以人类目前的宇航技术需要几万年的时间才能到达。
如果没有光速飞船,我们在宇宙中寸步难行。
考虑到1光年是以光速前进1年的距离,而银河系直径超过10万光年,银心离我们2.6万光年,即便有光速飞船,也要几万年的时间才能遨游银河系。
那么,是否意味着光速飞船在浩瀚宇宙中仍然寸步难行呢?
事实上,根据爱因斯坦的相对论,只要有光速飞船,我们想去宇宙任何角落都行,无论距离有多远。
因为光速飞船上的时间变慢了,不再与地球上的时间同步。
如果有人搭乘光速飞船在宇宙中飞行1天再回到地球上,他的家人还在地球上吗?
在光速运动状态下,对于宇宙飞船参照系来说,空间会收缩为零,时间会停止流逝。
因此,即便是飞到宇宙的尽头,光速飞船也是一瞬间到达。
如果再返回地球,也是一瞬间抵达。
从出发到飞到宇宙尽头,再到返回地球,光速飞船上的人感受不到时间流逝。
然而,光速飞船外的时间就不是这样子了。
据估计,整个宇宙的半径至少为12万亿光年(465亿光年只是可观测宇宙的半径),当光速飞船完成星际飞行之后,飞船外的时间将会过去24万亿年。
经历这样漫长的时间之后,宇宙早已沧海桑田。
太阳还有50亿年的寿命,所以到了那时,太阳早就燃烧殆尽,并且冷却为黑矮星。
而地球有可能早就被红巨星阶段的太阳吞噬掉,或者被完全烤焦。
当光速飞船返回时,地球上不再有任何生机,太阳系陷入黑暗与死寂之中。
到了那时,宇宙可能已经演化到时间的尽头。
整个宇宙将不再是光速飞船出发时那样有活力,宇宙消耗完了全部的有用能量,宇宙的熵增加到最大。
或者宇宙有可能停止膨胀,空间开始坍缩,然后在未来回到奇点重启,开始新一轮的宇宙大爆炸。
但相对论表明,让时间静止的光速飞船无法被制造出来,这是受到物理学定律的限制。
如果存在光速飞船,意味着光速参照系是存在的,这就会让光速在这个参照系中变为零,从而违背光速不变原理。
光速不变原理表明,真空中的光速在任何参照系中都不会发生变化,都是相等的光速。
这是狭义相对论的一大基石,得到了迈克尔逊-莫雷实验和麦克斯韦电磁理论的有力支持。
不过,在足够接近光速的情况下,亚光速飞船的时间流逝速率也可以变得很慢。
根据狭义相对论的钟慢效应计算,如果亚光速飞船以速度为光速的99.9999999985%飞行1天后返回,地球上的时间已是500年之后;
而如果速度达到光速的99.999999999996252%,地球上的时间将会过去1万年。
在这种情况下,太空旅行者前往了未来的地球,那里早已没有他当年离开地球时的家人。
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