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。
可以看到,对于宇宙飞船的乘客而言,仅用53天就可以飞出太阳系,确实是很愉快的,那飞出银河系呢?我们不妨再来算算。
银河系的直径至少有10万光年,而太阳系距离银河系中心约有2.5万光年,也就是说,我们至少要飞行2.5万光年的距离,才能够飞出银河系。经过简单计算后我们可以得出,在算上了“钟慢效应”之后,宇宙飞船仍然需要大约3600年。
不得不说,这个结果是很令人失望的,不过没关系,因为既然我们可以让宇宙飞船达到99%光速,那么我们也可以让其达到更快的速度,根据“钟慢效应”的公式我们能够得出,速度越接近光速,“钟慢效应”就越明显(可参考下图)。
可以看到,当宇宙飞船的速度达到99.999999999999%光速时,其时间可以变慢707万倍,显而易见的是,假如我们以这样的速度飞行,别说是飞出银河系了,就算是飞往254万光年之外的仙女座星系,也只需要4个多月而已。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。
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