Question

假设人类以光速飞行，是否可以瞬间跨越整个宇宙？

Answer 1

在1905年和1916年爱因斯坦分别提出了狭义相对论和广义相对论，打破了牛顿一直以来坚持的绝对时空观。

牛顿认为任何人在任何地方所经历的时间都是一致的，时间本身是不变的，爱因斯坦则认为时间是相对的，可以理解为每个人的时间可能是不同的，而造成这样的因素就是物体的运动速度和所处的引力场强度。

爱因斯坦的狭义相对论也可以理解为时空论，因为在相对论中，爱因斯坦将时间与空间通过光速不变原理这个跳板紧密的连接了起来，统一了时间和空间。

一个高速运动的物体，越接近光速效果越明显——时间变慢，运动方向尺度变小，这也就是说在理论上，当人达到光速飞行的时候，无论多远的距离，在感觉上都是瞬时到达的。

根据爱因斯坦的广义相对论，物体运动速度越接近光速，时间流逝越慢。那么理论上达到光速后，时间就会静止?

从理论上说，没有任何一种物体的飞行速度可以达到光速或者超越光速。

在质能方程中，爱因斯坦统一了质量和能量的关系，他认为质量和能量是一回事，质量里有能量，能量里有质量，从而提出了质能方程E=mc^2。

根据质能方程可以看出，如果一个物体的速度越接近光速，它所需要的能量就会趋近于无穷大，因此爱因斯坦的相对论直接提出“任何具有静态质量的物体的速度根本无法超越光速”。

由于经典力学曾经提出，物体的速度能够决定其动能，换句话来说就是只要动能够大，速度也能提升到光速，之前已经说了爱因斯坦的相对论和经典力学的观点是不一样的。

即使是一艘静止质量为0的飞船，它的速度也根本无法提高到光速，而且物理学们通过实验也发现，即使一颗质量几乎为零的电子也根本无法通过粒子加速器加速到光速，最多能够加速到接近光速。

当然，在现实中证实了无论物体的质量情况如何，它都无法加速到光速，更何况是现在人造飞船的质量那么大，能够有现在的速度已经是不错的了。

所以，通过狭义相对论和质能方程，可以得到，凡是静止质量不为0的物体，都无法达到光速。但光的质量为零，所以在达到光速时并不会出现无限大的质量。

但在狭义相对论中，物体如果达到光速，质量和密度就会变得无穷大，所以当飞船达到了光速，那么人类可能会被巨大的密度和质量撕裂。就像黑洞一样，因为黑洞密度大质量大，最大的特点就是吞噬一切。

当然，光速并非不可超越的，宇宙中也有很多的超光速现象，比如宇宙膨胀速度，而这个说法是针对于物质、信息、能量来说的。

也叫做钟慢效应，根据爱因斯坦的狭义相对论，当参照系的运动速度越快，时间流逝对速率越慢。

时间膨胀效应是爱因斯坦在相对论中提出的一个理论。在大家的潜意识里认为时间只是用来衡量物质运动的度量，而且任何事物都无法干预或者改变时间，那么膨胀是什么呢？

其实这个时间“膨胀”指的是引力和速度分别引起的时间膨胀。在爱因斯坦的相对论中提到时间与空间有着密切的关联，有质量的物体会使其周围的时空发生弯曲，通俗的来讲就是远离大质量物体的时钟要比接近大质量物体的时钟走的快。

而速度引发的时间膨胀指的是一个物体运动的速度越快，在观察者眼中，运动的物体的时间流逝就越慢，当物体运动的速度越接近于光速的时候，时间流逝就相对静止。

不过其中的“时间变慢”指的是高速运动物体的时钟相对变慢，而不是真正的“变慢”，时间的本质其实是“相对的”。

我们可以假设：如果一个人驾驶着接近光速的飞船在宇宙中飞行了一百年，而这个接近光速的飞船在飞行的过程中，我们地球有可能已经过去了一千年。

所以由速度引起的时间膨胀并不难理解，只要我们能够把握“相对”的这个观点就可以了。

狭义相对论中的时间膨胀效应其实在现实中也有表现，比如运动着的时钟的时间流逝速度会比较慢，而且时间膨胀效应已经得到了实验证实，所以时间膨胀效应可不是大家以为的一个猜想而是一个经过实验证实的科学理论。

在1971年，两位物理学家乔伊·哈夫勒与理查德·基廷就利用了一架客机做了一个实验，首先把4个极为精确的原子钟放在了即将飞行的这架客机上。

当客机飞行结束之后，再把这4个原子钟的时间与地面上的原子钟的时间进行比较，结果发现了客机上的原子钟时间流逝确实比地面上的原子钟慢了59纳秒。

虽然时间慢的不够明显，但是这个实验却可以证明时间膨胀效应。还有美国的宇航局也曾经利用卫星系统在太空中做过几次类似的实验，结果也发现地球引力场的时间与和月球引力场的时间存在一定差别，从而证明了时空扭曲和时间膨胀是真的存在。

于是爱因斯坦的“时间膨胀效应”再次被证实是正确的，但时间膨胀效应有个前提条件就是当物体的速度无限接近于光速，如果当物体的速度远小于光速时，时间膨胀效应将会不明显。

我们举一个简单的例子，并结合公式来看一下。

假设小红站在地球上不动，作为观察者观测小明。而小明以一定的速度v在远离小红。用to来表示观测者小红看到小明做的任何动作所花费的时间，t用来表示小明自己感觉经过的时间，c是光速。

一、当小明远离小红的速度为光速的0.1倍即小明的速度为30000000m/s时,to=1.005t，这就说明了当小明用1s来抬一下头，地球上的小红就过去了1.005s。

二、当小明远离小红的速度为光速的0.9倍即小明速度为270000000m/s时，可得到，to=2.294t，在这时候小红观察小明点一下头就需要2.294s了。

三、当小明远离小红的速度为光速的0.99倍即小明的速度为297000000m/s时，可得到，to=7.087t，在这时候小红观察小明点一下头需要7.087s了。

四、当小明远离小红的速度为光速的0.99999倍即小明的速度为299997000m/s，就得到了to=223.614t，而这时候小红观察小明点一下头就需要223.614s了。

不难发现，当小明运动的速度越接近于光速，时间膨胀效应就越明显。

所以，如果人类可以实现光速飞行，理论上可以瞬间到达宇宙中的任何地方，即使是930亿光年之外。但狭义相对论决定了有质量的物体无法达到光速，因此，我们只能无限的靠近光速。