【科學科普】以99%光速飛行,飛出太陽系需要多少時間?飛出銀河系呢?

天空之城 2020/11/23 檢舉 我要評論

從理論上來講,我們似乎不可能造出光速飛船,但達到99%光速卻是允許的,那麼問題就來了,假如我們以99%光速飛行,飛出太陽系需要多少時間呢?

如果以奧特星雲為界的話,太陽系的半徑大約為1光年,也就是說,我們只需要計算出以99%光速飛行1光年,需要多少時間,就可以得出答案。看到這裡可能有人會說了,1光年就是以真空中的光速直線飛行一年的距離,而1除以0.99約等於1.01,所以這個問題的答案難道不是1.01年嗎?

其實這個答案是正確的,但是卻不是唯一的,因為根據愛因斯坦在狹義相對論中的描述,時間不是絕對的,而是相對的,簡單來講就是速度越快,時間就越慢,這被稱為「鐘慢效應」。

據此可以得出,假如有一艘以99%光速飛行的太空船從地球出發,那麼從地球上的人來看,這艘太空船確實需要大約1.01年的時間才能飛行1光年,但從這艘太空船的乘客來看,他們根本就沒有用到這麼多的時間。

那麼具體答案是什麼呢?

上圖為描述「鐘慢效應」的公式,其中的T0可以代表地球上的時間,T可以代表太空船上的時間,V可以代表太空船的速度,C則為光速。

我們據此可以計算出,如果太空船以99%光速飛行,那麼太空船就會比地球上的時間慢大約7倍,所以從這艘太空船的乘客來看,飛行1光年,或者說飛出太陽系,僅僅需要大約53天的時間。當然了,從地球上的人來看,這艘太空船還是花了大約1.01年的時間。

可以看到,對於太空船的乘客而言,僅用53天就可以飛出太陽系,確實是很愉快的,那飛出銀河系呢?我們不妨再來算算。

銀河系的直徑至少有10萬光年,而太陽系距離銀河系中心約有2.5萬光年,也就是說,我們至少要飛行2.5萬光年的距離,才能夠飛出銀河系。經過簡單計算後我們可以得出,在算上了「鐘慢效應」之後,太空船仍然需要大約3600年。

不得不說,這個結果是很令人失望的,不過沒關係,因為既然我們可以讓太空船達到99%光速,那麼我們也可以讓其達到更快的速度,根據「鐘慢效應」的公式我們能夠得出,速度越接近光速,「鐘慢效應」就越明顯(可參考下圖)。

可以看到,當太空船的速度達到99.999999999999%光速時,其時間可以變慢707萬倍,顯而易見的是,假如我們以這樣的速度飛行,別說是飛出銀河系了,就算是飛往254萬光年之外的仙女座星系,也只需要4個多月而已。

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