Question

在太空中一直加速的飞行器能达到光速吗？

Answer 1

如果从经典物理学的角度来看，只要给一直给太空中的飞行器一个大于零的合力，由于飞船的质量保持不变，其加速度大小恒大于零：

在这种情况下，飞行器的速度就会变得越来越快，并且最终迟早会超过光速，达到远远快于光速的地步。但相对论表明，光速是速度的极限，飞行器是不能被加速到光速的，只有诸如光子、胶子之类的无静质量粒子才能达到光速。原因在于，牛顿第二运动定律中的质量是一个变量，只有在速度远低于光速时才能认为是一个常数：

事实上，运动质量m会随着速度接近于光速而大幅度增加，由此引发的相对论效应不能再忽略。运动质量m与静质量m0有着如下的关系：

基于此，可以推导出如下的相对论动能公式：

对于飞行器这样有静质量的物体，一旦速度无限趋于光速，运动质量以及动能就会趋于无穷大，所以飞行器无能怎样加速都无法达到光速，更不可能超过光速。

考虑到宇宙之大，遥远的系外行星都在光年之外，而河外星系更是在几十万甚至上百亿光年之外，那么，无法以光速运动的我们是否就不能进行星际旅行了呢？

其实不然。虽然局域速度被狭义相对论限制了，但相对论还有其他非常重要的推论——尺缩和钟慢效应。对于地球上的观测者来说，飞到几十万光年之外的河外星系，飞行器需要几十万年的时间才能到达。然而，对于速度足够接近光速的飞行器来说，飞到河外星系可能只需几年甚至是几天的时间，因为飞行距离会被压缩到只有几光年甚至几光天，这就是相对论所说的时间和空间都是相对的。