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假如一人乘坐飞船接近光速飞行,一分钟后返回地球能看到家人吗?

揭晓答案之前,我们先要探讨一番,一个人若在一分钟内以光速飞行,他是否能与亲人重逢。这个问题牵涉到几个层面,关键在于那一分钟流逝是在哪个参照系,以及飞船多么接近光速。

假设是以地球时间为基准

理论上,此人应当能和家人相见,因为仅过了一分钟,家人的时光并未流逝太多。但要在这一分钟内返回地球,飞行员必须在更短的时限(即他个人所经历的时间)内完成从静止到光速附近的加速、转身以及减速回到静止的全过程,加速度之大无法想象,大概有1000000米/秒²。

飞船的推进系统对飞船和飞行员产生的力足以将他们压碎,所以飞行员可能根本无法见到地球的家人。当然,如果飞行员奇迹般生还,他应该能看到家人,因为家人的生命并未受到威胁。

若以飞船的时光来度量

其实结果类似。飞船在一分钟内得完成一系列动作,从静止到光速附近的加速、转身再减速到静止,所需的加速度同样惊人,与前述情况的唯一区别在于完成这些动作分别用了不到一分钟和一分钟,这点微差几乎可以忽略。这仍旧意味着飞船会遭受粉身碎骨的命运,更别说后续发展了。当然,与上一个情况不同的是,如果飞行员奇迹般生还,且在剩下的一点点时间(以飞船时间计)内以接近光速的速度飞航,那么当他返回地球时,实际过去的地球时间会超过一分钟,可能是两分钟,也可能是一天、一年、数万年甚至无数年。不考虑广义相对论的效果,仅用狭义相对论就能解释这一现象,其中涉及狭义相对论的时间膨胀公式:

其中t'代表地球时间,t是飞船上的时间,且t≤60秒,V表示飞船速度,C代表光速。当V接近C时,分母的平方根趋近于零,那么在t≠0的条件下,t'趋向于正无穷,也就是说,即使飞船只过了极短的时间,地球上的时间却流逝了很长一段时间,越是靠近光速,地球时间就越长。比如当V=0.999999999999C时,飞船上过一分钟,地球上就过了大约1.4年。当V=0.99999999999999C时,地球上过了14年。

著名的双胞胎悖论

当V=0.999999999999999999C时,地球上则过了约1400年,......此时飞行员返回地球,将无法见到他的家人,因为家人早已离世,而他只过了一分钟。

当然,再次强调,假设飞行员在加速和减速过程中没有丧生。但真实情况是否可能如此?

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