人文艺术 > 假如飞船速度是百分之99.999999光速,去100光年外的星球,几年能到?

假如飞船速度是百分之99.999999光速,去100光年外的星球,几年能到?

2020-11-11 14:32阅读(60)

假如飞船速度是百分之99.999999光速,去100光年外的星球,几年能到?飞船上的人感觉过了多久到的?地球上时间过了又是多久?:这个问题的答案很简单,在飞船的速

1

这个问题的答案很简单,在飞船的速度近乎能够达到光速的时候,到达一百光年的时间根据最简单的t=s/v,而s是路程,路程是100光年,速度是3乘以10的9次方米每秒,位要统一,一光年是光走一年的距离,大约是96400亿公里,而每公里等于1000米。即100光年大约是9.64乘以10的17次方米左右,根据速度公式就可以求出时间。大约是秒。而一年大约是3.15乘以10的7次方秒,

即飞船光速达到100光年之外的距离大约需要100年左右。

实际上,上述算法很蠢,原因很简单,达到近乎光速,走完光走的一百年距离时间当然是一百年。但这是相当于地球人而言的。根据相对论的内容来说,没有任何物质能够达到光速,理论上都不可能,但是通过实验可以知道在人类的科学理论上可以达到光速的99.9%,实际上现实中也有可以加速到99.9的粒子加速器,但这只是粒子,而不是任何人类能够控制的物质,但在这个加速器里面粒子时间确实变慢了。即相对论所说的,速度越快,时间越慢,因为光速是不变的,即速度是一定的,在相对变化的距离和时间来看,同样的距离里,速度越来,其时间越慢,这个时间是相对的,如果达到光速,则是在光速下的时间概念和地球上的时间概念完全不同。相当于“天上一天,地上一年”

问题回到原来的上面,如果人类真的造出了达到光速99.9%的飞行器,那么加速到光速需要5到6年的时间,飞行器里面的人时间会变慢,但并不是一瞬间,如果用6年的时间加速到光速的99.9%,那么相对于飞行器里面的人来讲,穿越银河系只需要85年。而银河系的宽度大约是10万光年,这么看来,到达一百光年之外的时间只有大约0.085年,大约是几天的时间,再次强调这是相对飞行器上的人来说。

更多优质回答,请持续关注镁客网头条号~

2

爱因斯坦的狭义相对论指出,运动速度不同的观察者测得的时间流逝速率是不同的,速度越快的观察者,测得的时间流逝速率越慢。如果飞船以0.99999999c的速度相对地球运动(假定匀速),飞往100光年之外的星球,在地球上的人看来,这个时间就是t=s/v=100/0.99999999≈100.000001年。

根据狭义相对论,飞船上的人测得的时间与地面相差了一个洛伦兹变换√(1-v^2/c^2)。因此,在飞船上的人看来,以0.99999999c的速度飞行100光年所需的时间为:100.000001×√(1-0.99999999^2)≈0.014142年,折算成天数为:0.014142×365.25≈5.17天(天文学上使用儒略年)。

在地球上的观察者看来,这趟100光年的太空之旅需要飞行大约100年的时间,但飞船上的观察者只会感受到5.17天的时间,两者差别巨大。这是因为飞船的速度极高,非常接近光速,由此产生的时间膨胀效应非常显著。

虽然飞船上的人只用5.17天的时间飞到100光年之外,但这与光速不可超越并不矛盾。因为飞船的速度很高,长度收缩效应非常明显,所以表现出的就是时间变慢。通过洛伦兹变换,可以保证光速在任何惯性系中都是一个恒定的常数,这就是狭义相对论的光速不变原理。

此外,如果飞船到达100光年之外的星球后,再掉头飞向地球,当他们到达地球时,地球上已经过去了200年,而他们才过了10.34天,两周不到的时间!这就相当于飞船上的人实现了时间旅行,去往了未来的地球。事实上,狭义相对论的时间膨胀效应已经被应用于实际生活中,其中最著名的就是GPS卫星校准。在地球轨道上高速飞行的GPS卫星,其携带的时钟走得要比地面上慢,所以天地之间的时钟需要进行校准才能同步。

3

根本不需要几年,只需要几天而已,当然这只是对于飞船驾驶者而言的,大致的计算过程如下:

根据狭义相对论中提到的尺缩效应可以知道,运动中的尺子的空间长度变短,且运行的速度越快,空间长度就越短。

也就是说,当这艘飞船是以99.999999%光速的速度飞行时,原本的100光年的距离在飞船的实际行驶中就会变短,也就是说,飞船的实际航行距离不是100光年,而是0.0141421光年。

具体的计算方法是:V=0.99999999c,L0=100光年,L即为你要求得的飞船实际航行距离。

既然你求得了飞船实际的航行距离,那么再拿实际航行的距离除以速度就可以得到具体的时间了,即0.014142135年,换算成天数为5.162天。

地球上的时间该多少还是多少,没有变化,还是100年,飞船中的人感受到的时间变化为5.162天。这就是物体在高速运动状态下所体现出来的极大不同。

4

呵呵,那位火星一号的回答有点意思,不过需要指出的是,回答中出现了自相矛盾的地方:“…但飞船上的观察者只会感受到5.17天的时间,…虽然飞船上的人只用5.17天的时间飞到100光年之外……”看见没有,前面是‘观察者只会感受到5.17天的时间’,后面是‘虽然飞船上的人只用了5.17天的时间’,前后矛盾。   笔者的观点,如果真有接近光速的飞船从地球到100光年外的星球旅行,那么飞船中的人应该是‘感受到’飞船只用了5.17天的时间到达那个星球,而不是‘只用了’5.17天的时间到达。试想一下,既然光从地球到达那个星球都得100年的时间,那么接近光速的飞船到那星球不是得100年多一点点么?还有,如果观察者真的感受到只用了5.17天的时间到达个星球,那么他在飞船上实际上也是生活了一百个地球年的,不可能在飞船上仅仅生活了5.17天,否则,他在地球与那个星球之间多往返几个来回,再回到地球时,岂不是已经上千岁了?所以,按照地球的寿命估算,假如他最多能活90岁,他上飞船的时候为30岁,那么从他离开地球的那一刻算起,应该是他感觉在飞船上仅仅过了三天的时候,他就差不多感觉自己不行了,要死了。他在飞船上是绝对没有机会感受第四天以后的乐趣的,因为感觉在第三天的时候他就已经活了地球六十年的日子。   还有,该火星一号回答者说,‘因为飞船的速度很高,长度收缩效应非常明显,所以表现出的就是时间变慢。’在此笔者不敢苟同,笔者一直认为在宇宙中任何地点的时间都是不会变慢的。所谓时间变慢,只是一种错觉。还是拿光速飞船上的人来说,当飞船以光速离开地球的时候,比如,这个时候他看到他5岁的儿子在挥手向他送别,那么,飞船到达那个星球的时候,他看到的应该还是他5岁的儿子在挥手向他送别这个画面。其实,这个时候,假如他儿子如果没死的话,都已经105岁了。也就是说,他经100年到达那个星球的时候,回头看到的地球还是100年前的模样,但地球却是他离开地球时100年后的样子了。这是他感觉时间停止的例子。但反过来就不一样了,假如他离开地球的时候看到100光年远的那个星球刚好火山爆发,那么这个火山爆发肯定是一百年前发生的(因为光从那个星球到地球也得100年时间),他坐光速飞船100年后到达那个星球,也就意味着他登陆那个星球的时候,距那个星球的火山爆发那一刻已经过去整整两百年了,而实际上呢,他在飞船里的时间只过去了正好100年,这说明什么?说明他的视觉正以正常影像两倍的速度“快进”,换句话说,那个星球发生的一切变快了,快的频率是正常时间的两倍,这跟我们看影视剧快进是一个道理,不过速度正好是正常播放速度的两倍而已。   所以,思维要灵活一点,不要一想到光速旅行就是时间变慢或者停止。那要看以光速旅行的人是向前看还是向后看了。向前看,视觉是正常影像的两倍快进,好像时间变快了;向后看,视觉上的影像是定格的,好像时间停止了。而实际上呢,假如此时飞船里有原子钟的话,那么这个原子钟行走的时间跟地球上原子钟行走的时间应该是一模一样的。

5


如果您问的是尺缩效应,那么百分之99.999999光速等于299792455米每秒,100年=36525天


按公式I'是飞船参考系时间,


I是地球观测者时间,v是要设定的飞船速度不能比光速C大,一年是365.25天,这样就可以很快得到答案了。

6

看了几个回答和评论,实际上答案已经很明确了的,之所以会出现如此多的争议,还是对“时间”的理解存在差异!

实际上,把提问者的问题换一种方式来提问或许更容易理解:假如飞船以百分之99.999999光速飞行50光年远,然后立刻再以同样的速度返回地球(假设可以做到),飞船上的人会看到什么样的地球?

如此问题很多人理解起来会容易,也不会被光速和时间的相对关系绕来绕去,最终把自己都绕晕了!

爱因斯坦的相对论已经告诉了我们,速度会让时间变慢,注意,这里的变慢是相对的,并不是绝对的!也就是说,在地球上的你看到接近光速飞行的飞船里面的人都会以慢动作上演,比如说,你平时打个喷嚏就一秒钟的事,但看到飞船里的人打喷嚏可能要话费一分钟甚至更长的时间!这就是时间的相对性!理论上,如果飞船以光速飞行,你看到飞船上的人完全处于静止状态,时间停止!他做的每一个动作都会拉伸到无限长时间!

明白这点,就知道飞船以接近光速飞行50光年的距离再返回地球会看到什么了,飞船上的人会“变年轻”,相对于地球上的“年轻”。而且如果飞船上的人飞行时能看到地球上发生的一切,会发现地球上的一切都会以类似电影中快进的方式运行着!

这种时间膨胀的效应也真真实地出现在我们每天的生活中,GPS定位系统就是利用的这种效应,科学家们必须调整卫星上的时钟,否则GPS会完全失效,我们会被导航到沟里去!

说到这里,答案应该很清楚了,在地球上的你看来,飞船用了100年时间飞行了100年,而对于飞船上的人来说,他花费了更少的时间(具体多长就不计算了,其他回答已经给出了答案),这也是我为什么飞船上的人回到地球后会发现地球上的人都变老了,而自己依旧年轻!

7

答:这个速度下,时间缩短7071倍,不考虑加速和减速过程的话,100年就变成了5.17天。


这是狭义相对论的直接推论,假如你瞬间加速到99.999999%c,运行到100光年外,那么在你的飞船上过了5.17天,但是地球上却过了100年;如果考虑加速和减速过程,会涉及广义相对论,较为复杂。

狭义相对论指出,相对速度会影响时间流逝的快慢,叫做“钟慢效应”,公式如下:



固有时间:指在某一参考系下,同一地点前后发生两件事的时间间隔,又称之为“原时”;在上面例子中,对应于宇宙飞船中经历的时间。

但是飞船要达到如此高的速度,也是非常难的,需要输入非常大的能量。


对于其他速度的比较,见下表:



其中起关键作用的,是公式中的1/√[1-(v/c)^2],这叫做洛伦兹因子(γ),和速度v的变化趋势如下图:



我们可以看出:

(1)当速度v<<c时,洛伦兹因子γ≈1;

(2)当速度接近c时,洛伦兹因子γ增长非常快;


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

8

答案是比较确定的,若大家有任何疑问都可在评论中提出。按照公式计算,飞船只需要5.17天即可到底该星球。下面详细说明,保证解决您的所有疑团。

首先必须假设该飞船是作的匀速直线运动,所以讨论的都仅仅是狭义相对论效应。什么叫匀速直线运动,准确地说是惯性参考系,可以这样理解,飞船中的人感觉不到加速。比如坐公交时,急刹车,乘客就能感觉到加速。

所谓飞船以近光速飞行,是指飞船相对于地球上的人的速度。抛开参照物讨论速度是无意义的。在飞船上的人,他如果不看外面,是完全感觉不到自己的速度的。这就好比我们完全感受不到我们地球在高速自转和公转一样。

飞船用了5.17天到达那个星球,在这5天多中,飞船上的人感觉不到自己的钟变慢了,也感觉不到衰老变快或变慢。它只是知道过了5天多,他就从地球飞到了那个星球。

在地球所在的参考系看来,飞船从飞过地球到到达那个星球,总共用了接近100年的时间。什么叫“所在的参考系”,这是重点,圈起来,要考。因为地球人是看不到遥远的星球发生的事的,一方面他视力没有那么好,另一方面,光传播是需要花时间的。所以正确的做法是,地球人会委托那个星球上住的人来观察,星球人看到飞船掠过星球的时刻减去地球人看到飞船离开地球的时刻,即是所用时间,大约是100年。地球人和星球人共同组成一个参考系。

这里有两个重要假设,就是地球人和星球的时钟是严格对时的。关于如何对时,可以用中点光源法,也可以用以很慢的速度把一只对好时间的钟,慢慢移动到星球(可能需要几万年)。第二个假设地球和星球相对静止,即相互之间没有运动。

我们假设地球人和星球人是双胞胎(当然这是不可能的,因为跑过去可能要几万年,如果以近光速飞行,则肯定会打破时间系统。姑且这样假设吧)。地球人在看到飞船离开地球时,他10岁,那么星球上那个双胞胎看到飞船经过星球时,已经是110岁了。而两个人声称看到飞船上的人时,却发现飞船人没有变老,大约只“老”了5天。顺便说一下,星球人坐高速交通工具回去告诉地球人这个结果,地球人在得知结果时,已经是至少100年后了,那时候,地球人至少是210岁。

上面啰啰嗦嗦说了半天,大家千万不要觉得麻烦,事实就是如此,必须异地测量,凡是认为地球人可以看到飞船人的所有动作的,都是没有完全理解参考系的精髓。理解了异地测量的必须性,也就可以解决你以前的多数谜团了。同一时间,同一地点,测量才准确。否则,那就变成牛顿力学中的绝对时空观了。

重点又来了,飞船人眼中看到了什么?经过地球时,看到地球飞快地离自己远去,地球的速度几乎达到了光速。他觉得他自己是静止的,地球正在以近光速运动。这也正是运动的相对性,地球人声称飞船人近光速,飞船人又何尝不是认为地球人在作近光速运动呢?如果飞船人视力足够好,或者用高速摄像机为地球照个相,他竟然发现地球不是圆的。地球在运动方向上被压扁了,地球成了一个很扁很扁的椭圆。这就是运动的尺缩短。狭义相对论的基本常识。飞船人看到地球到月亮的距离只有54公里,而地球人声称地球到月亮有384000公里。当然运动是相对的,在地球人和飞船人擦肩而过的瞬间,地球人觉得飞船人好瘦好瘦,比竹竿还细。飞船人看地球人也同样细的像竹竿。

为什么运动的尺缩短?有很多理解方法。这里给出其中一种。飞船人眼中的世界是:地球离自己远去,星球高速地往自己冲过来,越来越近。飞船人在经过地球时,往星球方向发出一束光。你猜光多长时间到达星球?因为星球不断接近自己,不断拉进距离,所以光最后达到星球的距离就不需要100年这么久了。结果就是,地球和星球构成的参考系认为光需要走100年才到星球,而飞船参考系认为,光只需要走5天多就可以到底星球。

总之,由于运动的尺缩短,飞船人感觉地球到星球的距离远远没有100光年那么遥远。所以他5天多就飞到了地球人所在参考系认为的100光年那么远的地方。

最后一个问题,飞船人是否比地球人衰老的慢,比方说,是否地球人过了100年,飞船人才老5天。在狭义相对论中,即上面的假设中,这是绝对不可能发生的。因为本文开始接假设,飞船是匀速直线运动,也就是直线往前冲,永远也回不了头了,它永远也不可能和地球人手拉手比较年龄了。注意,比较年龄必须在同一个地点,相对静止。

聪明的你,可能马上就想到了,难道飞船不能变通一下,掉头再回到地球吗?当然可以,但那就不是狭义相对论所可以解释的了,因为掉头过程中,产生了加速度。有加速度的系统,就要用到广义相对论。结论是,飞船的人回到地球,变得更年轻了。但是,请务必注意,他之所以掉头回到地球变年轻,绝对不是因为他的近光速运动,而是因为掉头所产生的强加速度。他是以加速来获得时间绝对延缓的。这个加速成本太大了,飞船人不得不接受非常强大的超重效果,会感觉自己变得好重好重,头部严重失血。做过过山车吧,体会一下。飞船人若要使自己哪怕年轻10岁,所需要承受的加速,估计即使连全世界顶级的飞行员也承受不住。所以要年轻,是要代价的,这个代价不是高速,而是高加速。

9

根据爱因斯坦侠义相对论,光速有两个基本特性,一是速度不变,二是光速极限。

光速不变就是说光速在真空中每秒钟为约299792458米/秒,为了计算方便,我们一般用每秒30万公里,一光年9.46万亿公里的近似值来表示。这个速度在任何的参照系中是不变的,不管你两个参照系是相向而行还是同方向而行,这个速度都不变;速度极限理论就是说在这个宇宙中光速是极限的,没有任何物体的速度能够大于光速,凡有质量的物体都无法达到光速。光子是无静止质量的,所以光子才能达到光速。

这是由于速度越大动量就会越大,凡有质量的物体如果达到光速,质量就会变成无限大。

无限大就是整个宇宙加起来的质量也没有这个物体质量大,这就成为了一个悖论。所以任何物体是达不到光速的,包括最小的物体,比如质子,在大型加速器里,质子在强大的能量推动下,只能无限的接近光速,却永远也达不到光速。这就是由于著名的质能方程限制,表述为:E=Mc^2,而质速关系公式见下图:

光速的特性说明了在我们这个宇宙,任何物体运行速度是无法达到光速的,只有光子由于没有静止质量才能达到光速。

狭义相对论还有一个时间膨胀效应理论,就是说在运动参考系中,时间是会膨胀的,表现为任何有速度的物体运行中都会产生尺缩钟慢效应。

这种效应在低速中表现不明显,但在高速中表现就非常明显了,尤其在接近或达到光速的时候。这与声波的多普勒效应相类似,但它们是有区别的,用公式表述为:

弄清楚了以上光速性质和速度中的一些特殊现象,我们就可以来回答乘坐0.99999999光速飞船,到达100光年的地方需要多久了。

实际上这是一个接近光速的速度状态,所消耗的能量和运行质量也是十分巨大的,但理论上是可行的,不违背爱因斯坦的光速限制理论。我们要解释的就是在这样光速的背景下,不同参照系所经历的时间感受。

毫无疑问,在飞船外面,我们看到一艘飞船以0.99999999光速飞向100光年的星球,当然是用100年除以0.99999999倍了,这样到达的时间就是100.000001年,也就是差不多100年啦。而在飞船里的人时间就会显著变慢,根据尺缩钟慢公式,实际上就是经历了时间的一个洛伦磁变换,计算出飞船里的时间只需要5.17天,也就是说,飞船里的时间只过去了5.17天。当然这个计算忽略掉了提速和减速的时间。

这样如果你35岁出发,你的儿子才1岁,你从100光年的星球返回,只过了10天多一点,而你的儿子已经201岁了,如果他还活着,生了一堆你的孙子的话,你就成了一个大族的长老了。

想一想,如果飞船到1000光年的地方往返的话,地球已经是沧海桑田了。如果速度越接近光速,这个时间膨胀效应越大。而到达了光速,在光速飞船里的人时间就会静止,就是你没感到花任何时间,就到达了任何远的地方。这或许就是古代神话里说的天上方一日,世上已千年吧。

只不过任何物体是无法达到光速的,更无法超过光速,所以时间静止和倒流就无法体验了。

但时间膨胀的尺缩钟慢效应人人都能体验到,只不过平时的慢速度中,几乎没有感觉而已。科学家们用精密的仪器检测,在飞机上携带原子钟检测到了这种效应。德国物理学家用高速粒子加速器实验了3年,测到了精度在小数点后10位的时间膨胀效应。这些实验证实了狭义相对论的正确性。

现在时间膨胀效应理论已经在一些领域得到运用,如在GPS定位系统、宇宙观测中都有运用,如果没有这个理论来修正误差,就会出现定位不准和观测数据误差的错误。理论上住在高楼人的时间会比底层的要慢,但这个差别太微弱无法感受。

这就是时空通讯的回答,如你有什么高见,请理性点评讨论,感谢朋友的关注和支持。如你喜欢欢迎转载和收藏,但请注明出处。时空通讯原创作品,请尊重作者原创版权。

10

假如飞船速度是百分之99.999999光速,去100光年外的星球,当然是100多年到达了!

这个问题的题主貌似想挖个坑,迷惑答题者。但是你去100光年外的星球,就表示距离一定,那么所用的时间就是等于距离除以速度,所以用100光年/0.99999999光速=100.000001年。因此这个问题和北京距离秦皇岛300公里,你的车平均时速75公里,几个小时到的问题一样。300公里/75公里/小时=4小时一样。

至于飞船上的人感觉过了多少年,在于他们有什么样的时钟,如果他们还用的是地球上的时钟,那么就当然也是过了100多年,基本都挂了吧。除非在此期间,男女航天员又造出小航天员。地球上的时间当然也是过了100多年。

本题想拿光速作为一个干扰项,来影响答题者,但是既然还没有达到光速,所以和平常的速度就没有区别。所以问题就简单了,时钟也没有什么变化!