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宇航員以光速離開地球100年,走時30歲,回到地球他還是30歲嗎?

物理學上時間是指一個周期性事件的發生次數的計數,比如現在標準使用的是銫原子的振動次數(嚴格一點說是其原子基態能級越階的輻射周期)。地球年對應的就是一年裡銫原子的振動次數。

相對論說的是如果我們達到光速,那麼所謂光記錄的東西將會和我們保持相對靜止,相當於時間靜止。比如一個人被殺的景象以光速傳播,我們速度達到光速朝一個方向飛行,那麼我們和這個景象是平行移動的,那麼我們一直看到那個殺人的景象,這就是所謂的時間靜止。

考慮到相對論效應。首先一點,宇航員的速度只可能低於光速c。另外一點,如果宇航員以恆定速度v相對於地球運動,由於參照系發生了變化,宇航員所經歷的時間不再與地球人同步,假設宇航員以光速86.6%的速度離開地球,在太空中飛行100年後返回地球。

如果這100年是宇航員所經歷的時間,那麼,當他回到地球時,他的年齡當然就是130歲(如果還活著的話),而地球上已經過去了200年。如果這100年是地球人所經歷的時間,那麼,當宇航員回到地球時,由於他的飛行時間是50年,所以他的實際年齡只有80歲。如果越接近光速,宇航員和地球人所經歷的時間長短差異就越大,計算方法是一樣的。

如果是地球時鐘上100年,假定飛船為光速的0.99倍,那麼返回時飛船上的一切物質,包括銫原子都只經過了大約1/7的周期次數,也就是說大概過了14年(宇航員的自我感知也只有14年,也就是44歲),如果飛船是0.9999倍光速,那宇航員只經歷了1.4年,也就是不到31歲半,如果飛船是0.999999倍光速,那宇航員和飛船時鐘都只感知了52天的時間,如果飛船速度進一步接近光速,宇航員的時間會一直減少,彷彿一出門就回家了,儘管家裡已經過去100年。

如果是飛船上時鐘經過100年,那宇航員當然就過了100歲,就是130歲呀(算你長壽)。不過回到地球時可就滄海桑田了,飛船0.99倍光速還好,地球過了七百年,0.999999光速地球就是七萬年了,速度再一直高上去,回來時地球甚至太陽系可能已經不存在了。

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