宇宙飞船多久进入轨道(飞船需要多快的速度)

宇宙飞船多久进入轨道(飞船需要多快的速度)(1)

根据爱因斯坦的狭义相对论,亚光速飞船上的时间会过得比地球上慢,因为飞船相对于地球运动。只要飞船的速度足够接近光速,对于地球参照系来说,飞船上的时间趋于静止。

说到这里,有人可能会说了,既然飞船相对于地球运动,反过来,也可以认为地球相对于飞船运动,毕竟宇宙中没有绝对静止的参照系。在这种情况下,地球上的时间过得比飞船上更慢。那么,究竟是哪个参照系的时间变慢了呢?

宇宙飞船多久进入轨道(飞船需要多快的速度)(2)

事实上,这个问题可以用闵可夫斯基空间中的世界线来解释,详见“双生子佯谬”,这里就不做展开。或者也可以从另一个角度来考虑,由于飞船的运动需要一个加速过程,所以飞船上的观测者会真正感受到惯性力,飞船才是真正在加速运动,所以时间变慢的是飞船,而不是地球。

回到这个问题上来。为了便于计算,假设有一个人乘坐亚光速飞船飞行1天(飞船参照系的时间),然后回到地球上,他还能见到出发时的家人吗?

根据钟慢效应:

宇宙飞船多久进入轨道(飞船需要多快的速度)(3)

其中ΔT为飞船参照系的时间,Δt为地球参照系的时间,v为飞船相对于地球的运动速度,c为光速。

如果飞船的速度达到光速的99.999625%,当飞船飞行1天后降落地球时,地球上的时间已经是一年之后。地球上的人都已经老去一岁,飞船上的人只会觉得自己是在昨天离开地球的。当然,飞船上的人还能见到出发时的家人。

但如果飞船的速度被加速到光速的99.999999999625%,经历一天太空之旅的人回到地球上时,地球上的时间已经过去1000年,当初他出发时的家人早已不在人世。

宇宙飞船多久进入轨道(飞船需要多快的速度)(4)

越接近光速,飞船上的时间相对过得越慢。虽然亚光速飞船上的人认为自己的寿命最多只有百来年,但这个时间对于地球上的人来说是非常漫长的。因此,通过这种方式,飞向地球的未来时间是可行的。

不过,这种时间穿越之旅是不现实的,因为飞船需要在极短的时间内加速到亚光速,这需要极高的加速度,人体不可能承受住这种极端过载。1g加速运动是更好的选择,因为如果飞船在太空中以1g加速度运动,那么,飞船上的人将会感受到类似于地球上的重力。

宇宙飞船多久进入轨道(飞船需要多快的速度)(5)

除了高速运动之外,拥有极端引力的天体,比如黑洞,也能产生极端的时间膨胀效应。正如《星际穿越》中所展现的那样,在近距离环绕黑洞旋转的行星上,时间过1个小时,对应的地球时间会经历长达7年。

不过,离我们最近的黑洞也远在3500光年之外,目前我们没有办法飞到那里。

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