根據愛因斯坦的狹義相對論,亞光速飛船上的時間會過得比地球上慢,因為飛船相對于地球運動。只要飛船的速度足夠接近光速,對于地球參照系來說,飛船上的時間趨于靜止。
說到這里,有人可能會說了,既然飛船相對于地球運動,反過來,也可以認為地球相對于飛船運動,畢竟宇宙中沒有絕對靜止的參照系。在這種情況下,地球上的時間過得比飛船上更慢。那么,究竟是哪個參照系的時間變慢了呢?
事實上,這個問題可以用閔可夫斯基空間中的世界線來解釋,詳見“雙生子佯謬”,這里就不做展開?;蛘咭部梢詮牧硪粋€角度來考慮,由于飛船的運動需要一個加速過程,所以飛船上的觀測者會真正感受到慣性力,飛船才是真正在加速運動,所以時間變慢的是飛船,而不是地球。
回到這個問題上來。為了便于計算,假設有一個人乘坐亞光速飛船飛行1天(飛船參照系的時間),然后回到地球上,他還能見到出發(fā)時的家人嗎?
根據鐘慢效應:
其中ΔT為飛船參照系的時間,Δt為地球參照系的時間,v為飛船相對于地球的運動速度,c為光速。
如果飛船的速度達到光速的99.999625%,當飛船飛行1天后降落地球時,地球上的時間已經是一年之后。地球上的人都已經老去一歲,飛船上的人只會覺得自己是在昨天離開地球的。當然,飛船上的人還能見到出發(fā)時的家人。
但如果飛船的速度被加速到光速的99.999999999625%,經歷一天太空之旅的人回到地球上時,地球上的時間已經過去1000年,當初他出發(fā)時的家人早已不在人世。
越接近光速,飛船上的時間相對過得越慢。雖然亞光速飛船上的人認為自己的壽命最多只有百來年,但這個時間對于地球上的人來說是非常漫長的。因此,通過這種方式,飛向地球的未來時間是可行的。
不過,這種時間穿越之旅是不現實的,因為飛船需要在極短的時間內加速到亞光速,這需要極高的加速度,人體不可能承受住這種極端過載。1g加速運動是更好的選擇,因為如果飛船在太空中以1g加速度運動,那么,飛船上的人將會感受到類似于地球上的重力。
除了高速運動之外,擁有極端引力的天體,比如黑洞,也能產生極端的時間膨脹效應。正如《星際穿越》中所展現的那樣,在近距離環(huán)繞黑洞旋轉的行星上,時間過1個小時,對應的地球時間會經歷長達7年。
不過,離我們最近的黑洞也遠在3500光年之外,目前我們沒有辦法飛到那里。