如果人以光速离开地球一年，再以光速返回，地球上会过去多长时间?

科幻小说《三体》中星环号载着死神程心以极度接近光的速度到达目的地，只用了52小时就跨过了在地球人看来需要287年才能到达距离，而事实上地球真正经过的时间就是287年，这就是速度的魅力！

俗话说“天上一日，地上一年”，在很多神话故事中，人们把超越地球空间范围的旅行确认为“天上飞行”，在天上快速飞行一段时间之后，再返回人间，世间的时间尺度将与旅行者完全不一致，好像人间的时间被快进了一样。传说里的“天上一日地上一年”与爱因斯坦的理论暗合，例如在《西游记》里的孙悟空只是到天庭做了十几天的“弼马温”，而当回到花果山时才知道这里已经过去了很多年。

在之前很多人认为古人的智商非常低，但是随着人类对宇宙的探索发现，古人流传的很多观点都与现代的探索有着异曲同工之妙。

三体（public domain)科幻小说《三体》（public domain)

目前我们已知的光速是宇宙最快的速度，光速达到了每秒30万公里，而人类目前飞得最快的飞行器也不过几十千米每秒，这还不到光速的百分之一，月球是距离地球最近的星球，如果有一艘光速飞船的话，那么从地球上到月球上所需的时间不足两秒钟，而几十年前人类从地球前往月球可是整整化了十几天的时间。

这个问题涉及到了爱因斯坦的相对论。

首先，相对论禁止人以光速运动，因为人是有静止质量的，加速到光速需要无限能量。如果有人以足够接近光速的速度离开地球，然后再以相同速度返回，那么，地球上的时间会过去多久呢？

在相对论的框架下，时间和空间不再是绝对的存在，它们会随着观测者所在的参照系不同而发生变化。根据狭义相对论的钟慢和尺缩效应，参照系的速度越快，并且越接近光速，时间会变慢到趋于停止流逝，空间会被压缩到趋于零，具体公式如下：

上式中，ΔT和ΔL分别为运动参照系的时间和距离，Δt和Δl分别为相对静止参照系的时间和距离，v为相对速度，c为光速。

如果太空旅行者的运动速度能够达到0.866c，当他在太空中飞行1年返回地球上之时，地球上的时间已经是两年之后。地球人会认为太空旅行者是在前年离开地球，而不是去年。

如果速度更快，时间膨胀效应越显著，例如，当速度为光速的99.9996252%时，经过1年太空飞行的人回到的将会是365年之后的地球，跟他同个时代的人早已不在人世。而如果太空旅行者以这样的速度飞行1天，地球上的时间将会过去1年，这可谓是“天上一天，地上一年”。

爱因斯坦相对论（pixabay)

不过，相对论表明没有绝对时空，也就没有哪个参照系更高级，所有参照系皆平权。既然如此，地球上的人会觉得太空旅行者因为运动而时间变慢，反过来，太空旅行者也会觉得自己是静止的，地球在远离他，所以地球上的时间会变慢。那么，究竟是谁的时间变慢了呢？

事实上，上述问题讨论的时候已经忽略了一个非常关键的东西，那就是加速和减速的过程。太空旅行者乘坐飞船从地球上出发，需要不断加速才能达到亚光速，回到地球上又要进行减速。也就是说，整个过程都是变速运动，而上述的公式只适合惯性参照系，也就是匀速直线运动或者相对静止的情况。经过加速和减速之后，飞船成了非惯性参照系。

由于太空旅行者需要力进行加速和减速，所以太空旅行者会真切地感受到惯性力，真正在加速或者减速运动的是太空旅行者。加速运动不是相对的，地球并没有加速。因此，时间变慢的是太空旅行者，而不是地球。

总之，以光速离开并返回，无论飞船上的宇航员会如何因此而改变其寿命的长短，就统一的时间尺度而言是不会发生变化的。我们不能否认宇航员会因高速运动而产生变化，却将其变化归结为时间尺度的改变。

世界因为人类的变化，逐渐被填写。那些落后的技术已经不足以支撑人们了解这个世界。当人们开始探索宇宙时，这就已经表明了人类的内心。其实人类是始终都在尝试，在逐步的了解这个宇宙，通过去太空观察，到底与地球有何不同，然而人类也许永远也看不到宇宙的真相。

人类也许永远也看不到宇宙的真相（pixabay)

责任编辑：田喆

本文由奇点天文作者上传并发布，奇点天文仅提供文章投稿展示，文章仅代表作者个人观点，不代表奇点天文立场。