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宇宙飞船|以99%光速飞行，飞出太阳系需要多少时间？飞出银河系呢？


宇宙飞船|以99%光速飞行，飞出太阳系需要多少时间？飞出银河系呢？
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宇宙飞船|以99%光速飞行，飞出太阳系需要多少时间？飞出银河系呢？
从理论上来讲 ， 我们似乎不可能造出光速飞船 ， 但达到99%光速却是允许的 ， 那么问题就来了 ， 假如我们以99%光速飞行 ， 飞出太阳系需要多少时间呢？
如果以奥特星云为界的话 ， 太阳系的半径大约为1光年 ， 也就是说 ， 我们只需要计算出以99%光速飞行1光年 ， 需要多少时间 ， 就可以得出答案 。 看到这里可能有人会说了 ， 1光年就是以真空中的光速直线飞行一年的距离 ， 而1除以0.99约等于1.01 ， 所以这个问题的答案难道不是1.01年吗？
其实这个答案是正确的 ， 但是却不是唯一的 ， 因为根据爱因斯坦在狭义相对论中的描述 ， 时间不是绝对的 ， 而是相对的 ， 简单来讲就是速度越快 ， 时间就越慢 ， 这被称为“钟慢效应” 。
据此可以得出 ， 假如有一艘以99%光速飞行的宇宙飞船从地球出发 ， 那么从地球上的人来看 ， 这艘宇宙飞船确实需要大约1.01年的时间才能飞行1光年 ， 但从这艘宇宙飞船的乘客来看 ， 他们根本就没有用到这么多的时间 。
“钟慢效应”是怎么来的？其实这是来自于一个重要的公设——光速不变原理 ， 即：光在真空中的传播速度是恒定不变的 ， 与观测者和光源的运动无关 。 意思就是说 ， 对于一束在真空中传播的光束而言 ， 无论你的运动方向是与它相同还是相反 ， 又或者是静止不动 ， 这束光在你看来都是同一个速度 。
上图为一个“光子钟” ， 光子可以在上下两面镜子之间来回反射 ， 由于光速和距离都是确定的 ， 因此我们可以将其作为计时工具 ， 即光子每完成一次反射（从上到下或者从下到上） ， 就用时d/c秒（d为两面镜子的距离 ， c为光速） 。
假设有两个“光子钟” ， 一个放置于地球上 ， 一个放置于高速飞行的宇宙飞船中 ， 这时我们可以就看到 ， 在地球上的“光子钟”每完成一次反射的时间是d/c秒 ， 而宇宙飞船上的“光子钟”就不一样了 ， 为什么这么说呢？
如上图所示 ， 从地球上来看 ， 宇宙飞船上的光子移动的距离 ， 除了两面镜子之间的距离之外 ， 还多出来一个由宇宙飞船本身的速度v产生的距离 ， 也就是说 ， 它飞行的距离增加了 ， 而根据光速不变原理 ， 光子的运动速度不会与宇宙飞船的运动速度叠加 ， 因此它每完成一次反射的时间就变成了（d + 多出来的距离）/c秒 ， 这就意味着 ， 从地球上来看 ， 宇宙飞船上的时间变慢了 。
需要指出的是 ， 虽然“钟慢效应”看上去非常反直觉 ， 但在过去的日子里 ， 科学家们已经对此进行了多次验证 ， 例如著名的“飞行钟”实验以及“μ-介子”实验等等 。 因此可以说 ， 我们要讨论上述问题 ， 就必须要将这个效应考虑进去 。
那么具体答案是什么呢？
上图为描述“钟慢效应”的公式 ， 其中的T0可以代表地球上的时间 ， T可以代表宇宙飞船上的时间 ， V可以代表宇宙飞船的速度 ， C则为光速 。
我们据此可以计算出 ， 如果宇宙飞船以99%光速飞行 ， 那么宇宙飞船就会比地球上的时间慢大约7倍 ， 所以从这艘宇宙飞船的乘客来看 ， 飞行1光年 ， 或者说飞出太阳系 ， 仅仅需要大约53天的时间 。 当然了 ， 从地球上的人来看 ， 这艘宇宙飞船还是花了大约1.01年的时间 。


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