如果用光速穿越银河系,大概要用多长时间,能瞬间到达吗?

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波平惠0fs
2020-12-16 · TA获得超过3046个赞
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光速真成了人们心中的一道坎了,现在再重申一遍:任何物体,包括人是达不到光速的,这是相对论光速不变原理的限制(除非证明这个原理是错误的,但到目前为止还没有),狭义相对论就是以这个原理和相对性原理为基础建立起来的,所以狭义相对论的一些结论公式也体现出了这种限制,比如说相对论的质量效应公式:



(其中m为物体质量,m0为物体静质量,V为物体运动速度,C为光速,如果m0≠0,Ⅴ→C,则分母根式→0,则m→+∞)公式中虽然没有明着对物体的运动速度进行限制,但物体运动速度一旦接近光速,它的质量会趋向于无穷大,达到光速质量就是无穷大,为了推动这个无穷大质量的物体运动,需要无穷大的能量,如果宇宙是有限的,那整个宇宙的能量都不够,因而阻止着物体达到光速。光速都达不到,更别说超光速了。

现在能达到光速的唯有光自身了(当然还有引力波),因为它的静止质量为0,因此与相对论的质量效应公式并不矛盾。所以这个题目可以改成“光穿越银河系需要多长时间?是10万年还是0?”比较合理。如果非要让人达到光速,比如说用了无穷大能量把人加速到光速了,那这时人就脱离时空成为光了,最后还是光穿越银河系。
还有题目中提到10万年,当然指的是银河系的直径是10万光年,不过这是老数据了,最新数据是18万年,还是我国发现的,不过问题的重点并不在10万还是18万。好了咱们回到问题上来,下面回答一下。

正式回答

光速穿越银河系需要多少时间?到底是18万年?还是0?答案是这样的:对于光自身或者是光速飞行的人来说是0,而对于相对静止于地球或者银河系的观察者来说是18万年(沿着银道面水平方向穿越)。

根据相对论,时间具有相对性。物体运动速度越快,其时间流逝的速度越慢。自己虽然觉不出来,但相对地球静止的观察者会观察到物体所在参考系的时间变慢了,这就是所谓的“钟慢尺缩”效应。这里有个时间膨胀公式:



(其中△t′为运动物体的时间间隔,△t为相对地球静止的观察者的时间间隔,V为物体相对地球的运动速度,C为光速)―― 物体运动速度V越接近光速,根式→0,其时间△t′→0,即时间越膨胀。根据公式,如果V=C,则△t′=0,即物体运动速度达到光速,则它的时间静止了。

如果这个光速运动的物体是个人,这个人还有知觉的话,他会觉得还没有开始穿越银河系,就穿越完了银河系,甚至连宇宙也穿越完了,没有用一点时间。还没等着感觉到时间流逝,就没有什么可穿越的了,就这样脱离了宇宙时空的束缚,最后成为光是必然的。

对于“他”来说,别说时间不存在了,空间也不存在了。“他”当然还是存在的,因为没有任何原理不允许他可以别的我们并不知道的方式存在。

在地球观察者来说,这人正在进行几十万年、甚至几百亿年的漫长飞行。而其中穿越银河系用了18万年。当然这是沿着银道平面的穿越,如果是垂直于银道面经过银心的穿越,则需要1.2万年即可,因为银河系中心厚度为1.2万光年。



以上是假定人以光速穿越银河系的回答,实际上人是达不到光速,未来的人类用亚光速穿越银河系倒是很有可能的。

下面回答一下人类亚光速穿越银河系需要多少时间?还有什么方法?

为了简化回答,我们只以沿着银道面水平方向的穿越为例。人以亚光速飞行,由于钟慢尺缩效应,在地球观察者看来的18万光年的银河系直径,在亚光速飞行的人看来并没有那么长,具体有个相对论尺缩公式:



其中L为亚光速飞行的人看到的银河系直径,L0为地球观察者看到的银河系直径,这里为18万光年,即1.89x10^21公里,V为人的速度,C为光速,当V→C时,则根式→0,L→0。当V=0.8C时,L≈10.8万光年,则△t=L/V≈13.5万年;而当V=0.99999999C时,L≈25.45光年,则△t≈25.46年。也就是说当人以光速的0.99999999倍飞行时,只需25.46年就穿越了银河系,这当然是亚光速飞行的人的时间,地球人则过了18多万年。

当然如果未来人掌握了“虫洞”技术和曲速引擎技术,像穿越银河系这样的星际旅行会成为常态。所谓的“虫洞”是爱因斯坦1936年提出的,利用空间折叠技术把两个遥远的时空连接在了一起,实现瞬时空间转移和时空旅行。

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