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?