Question

人以光速离开地球一年，再以光速返回地球上过去了多长时间？

Answer 1

科幻小说《三体》中星环号载着死神程心以极度接近光的速度到达目的地，只用了52小时就跨过了在地球人看来需要287年才能到达距离，而事实上地球真正经过的时间就是287年，这就是速度的魅力！

俗话说“天上一日，地上一年”，在很多神话故事中，人们把超越地球空间范围的旅行确认为“天上飞行”，在天上快速飞行一段时间之后，再返回人间，世间的时间尺度将与旅行者完全不一致，好像人间的时间被快进了一样。

其实，这些神话故事里所涉及的时间变化概念，在爱因斯坦相对论中得到了完美地证明。

之前在菜叶网上看过相关的资料，目前光速是全宇宙最快的速度，光速达到了每秒30万公里，而人类目前飞得最快的飞行器也不过几十千米每秒，这还不到光速的百分之一，月球是距离地球最近的星球，如果有一艘光速飞船的话，那么从地球上到月球上所需的时间不足两秒钟，而几十年前人类从地球前往月球可是整整化了十几天的时间。光速是宇宙速度的极限，根据爱因斯坦的相对论，没有东西可以比光移动的速度更快。

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？

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”。这就是爱因斯坦的时间亏损(慢钟效应)理论的一个结果。

之所以有这个违背常规的理论，是在假定光速在真空环境下，速度永恒不变，且光速在宇宙中速度为最快，没有其他物质的运动能超过它，这样的前提条件下才证明得出的。目前，光速不变，这点已经得到证明。

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。

总之，以光速离开并返回，无论飞船上的宇航员会如何因此而改变其寿命的长短，就统一的时间尺度而言是不会发生变化的。我们不能否认宇航员会因高速运动而产生变化，却将其变化归结为时间尺度的改变。