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人以光速离开地球一年,再以光速返回,那么地球上过去了多长时间?

十万个为什么 空空 2024-4-01 03:50:36 4次浏览

关于问题人以光速离开地球一年,再以光速返回,那么地球上过去了多长时间?一共有 2 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【拾典知识局】的最佳回答:

根据相对论的时间膨胀(time dilation)和长度收缩(length contraction)公式,可以计算出旅行者和地球上的观察者所测量的时间和距离的差异。根据相对论的时间膨胀(time dilation)公式:

其中 $t$ 是运动者(旅行者)所经历的时间,$v$ 是旅行者相对于地球的速度,$c$ 是光速。 $t‘$ 是固定在地球上的观察者所观察到的时间。

在这个问题中,旅行者以光速运动,因此 $v = c$,我们可以将公式简化为:

这意味着地球上的观察者会认为旅行者花费了无限长的时间来进行旅行。根据相对论的长度收缩公式,旅行者沿着飞行方向的长度将会收缩。由于旅行者以光速运动,其长度将被收缩为零,因此在旅行者的参考系中,这段旅程将被认为是瞬间完成的。

总之,在地球上,一年过去了,但在旅行者的参考系中,这段旅程是瞬间完成的,因为他们所经历的时间为零。这是由于相对论效应的存在导致的。

【2】、来自网友【火星一号】的最佳回答:

这个问题涉及到了爱因斯坦的相对论。

首先,相对论禁止人以光速运动,因为人是有静止质量的,加速到光速需要无限能量。如果有人以足够接近光速的速度离开地球,然后再以相同速度返回,那么,地球上的时间会过去多久呢?

钟慢和尺缩效应

在相对论的框架下,时间和空间不再是绝对的存在,它们会随着观测者所在的参照系不同而发生变化。根据狭义相对论的钟慢和尺缩效应,参照系的速度越快,并且越接近光速,时间会变慢到趋于停止流逝,空间会被压缩到趋于零,具体公式如下:

上式中,ΔT 和ΔL 分别为运动参照系的时间和距离,Δt 和Δl 分别为相对静止参照系的时间和距离,v 为相对速度,c 为光速。

如果太空旅行者的运动速度能够达到 0.866c,当他在太空中飞行 1 年返回地球上之时,地球上的时间已经是两年之后。地球人会认为太空旅行者是在前年离开地球,而不是去年。

如果速度更快,时间膨胀效应越显著,例如,当速度为光速的 99.9996252%时,经过 1 年太空飞行的人回到的将会是 365 年之后的地球,跟他同个时代的人早已不在人世。而如果太空旅行者以这样的速度飞行 1 天,地球上的时间将会过去 1 年,这可谓是“天上一天,地上一年”。

究竟谁的时间变慢了?

不过,相对论表明没有绝对时空,也就没有哪个参照系更高级,所有参照系皆平权。既然如此,地球上的人会觉得太空旅行者因为运动而时间变慢,反过来,太空旅行者也会觉得自己是静止的,地球在远离他,所以地球上的时间会变慢。那么,究竟是谁的时间变慢了呢?

事实上,上述问题讨论的时候已经忽略了一个非常关键的东西,那就是加速和减速的过程。太空旅行者乘坐飞船从地球上出发,需要不断加速才能达到亚光速,回到地球上又要进行减速。也就是说,整个过程都是变速运动,而上述的公式只适合惯性参照系,也就是匀速直线运动或者相对静止的情况。经过加速和减速之后,飞船成了非惯性参照系。

由于太空旅行者需要力进行加速和减速,所以太空旅行者会真切地感受到惯性力,真正在加速或者减速运动的是太空旅行者。加速运动不是相对的,地球并没有加速。因此,时间变慢的是太空旅行者,而不是地球。

1g 加速运动

如果要在很短时间内加速到亚光速,所需的加速度非常高,人体根本无法承受。对于长期的太空飞行,加速度为恒定 1g 是最好的选择,因为这样可以模拟在地球上感受到重力的情况。

在进行太空飞行时,前半程可以用 1g 加速度不断加速,后半程再用 1g 减速度不断减速。通过这样的方式,其实也能实现远距离的星际之旅,因为钟慢效应也会变得非常明显。

通过计算可知,如果以这种方式飞到 1400 光年外的开普勒-452b(有着“地球 2.0”之称的系外行星),太空旅行者只要经历大约 14 年的时间。不过,对于地球上的人来说,太空旅行者飞到开普勒-452b 需要 1402 年的时间。

以上就是关于问题【人以光速离开地球一年,再以光速返回,那么地球上过去了多长时间?】的全部回答,希望能对大家有所帮助,内容收集于网络仅供参考,如要实行请慎重,任何后果与本站无关!

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