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【环球新视野】一光年是光走一年的距离，但一光年的距离光真的需要走一年吗？

2023-04-13 23:09:59来源：宇宙探索

先说答案：一光年的距离，光的确不需要走一年。因为光不需要任何时间，别说一光年距离，就是整个可观测宇宙大小的距离（930亿光年），光经过也不需要一点时间。光是时空脱离的界限，因此不再需要时间。

物体只有在还没有达到光速的时候，其时间流逝才会有变慢的问题，这是狭义相对论的时间膨胀效应。如果物质达到光速，物质就成为光了。而光是没有时间的，所以物质在光速下不是时间流逝会变慢，而是压根没有时间。但问题是静质量不为0的物质是不可能达到光速的。这由狭义相对论的质量效应公式可以看出：

(相关资料图)

（其中m为物体的质量，m0为物体的静质量，Ⅴ为物体的运动速度，c为光速），当V→c时，分母→0，则m→+∞，也就是说当物体运动速度趋向于光速时，物体的质量会趋向于无穷大。如果宇宙是有限的，那全宇宙的能量都不够推动这个物体的。当然这个结论是基于光速不变原理得出的，即光速对于任何参考系都是个常数。光速是个常数在理论上是来自于麦克斯韦的联立方程组的推导，在实践上和观测上也屡屡被证实。比如在大型对撞机上，无论对粒子用多大能量加速，粒子总也达不到光速。这就是光速限制原理。

好了，扯的远了，说这么多，是因为题主在描述中说到人在光速飞船过一年和地球过一年不同的问题。通过上面所说可知，飞船是不可能达到光速的，还是那句话：如果飞船达到光速了，人在飞船里面也是光速了，人和飞船都成为光了，他们不再有时间，因此是没有什么“一年”的问题。不要认为飞船达到光速了，而人相对光速是静止的，所以人该怎么过就怎么过，照常有时间，照常吃喝过一年。

错了，不是这样的

人如果在光速飞船里，人和飞船一起脱离时空，没有什么相对绝对这一套了。爱因斯坦常说人如果达到光速，光对于人是什么样？连他也想知道，可见这个问题超过相对论的适用范围。就像“光对于人是光速，根据相对性，那人对于光是不是也是光速？”这个问题一样，在这里相对性是不管用的，因为这已经超越我们这个宇宙时空了。

这个问题到这儿应该是回答完了：一方面回答了不可能达到光速，不存在光速飞船。另一方面回答了假如真达到了会是怎样的问题――不需要走一年。但人不会满足猎奇心，那下面我们就引申一下，来谈谈亚光速的情况，这是现实能达到且更令人神往的。

人只有在亚光速飞船才有时间，才有过了一年的问题，但在亚光速飞船里的一年和在地球上过一年，对于人的体验感觉是一样长的。不同的是时间的相对性和同时的相对性：在不同参考系对同一观察对像时间的观察结果是不一样的。比如说，人乘坐亚光速飞船到半人马座的阿尔法恒星系，这个三星系统其中的比邻星距离我们地球只有4光年多一点。飞船以极为接近光的速度（光速是不可能达到的）飞往阿尔法星。在地球上的观察者看来，地球和阿尔法星是静止的，而飞船用了4年多的时间走了4光年的距离到了阿尔法星；但在近光速飞船的太空人看来，地球和阿尔法星都是运动的，地球在离飞船而去，阿尔法星向飞船而来，到阿尔发星的距离没有4光年，用了不到4年的时间到了阿尔发星。这一切都是真实的，这个飞船越接近光速，飞船用的时间越短，远远低于4年的时间就到达阿尔法星了（由于本文不涉及空间距离，在这里就不列举尺缩效应公式，至于时间膨胀公式将在下面列出）。

这里面有一个问题就是，地球人尽管测得距离阿尔法星是4光年，飞船也飞了4年多，但这是地球时间，地球观察者观察到飞船上的钟表时间变慢了（只要能看到），飞船上的太空人动作非常慢，飞船长度也变短了。而另一方面太空人认为自己的时间并没有变慢，相反，他观察到地球的时间变慢了，地球的观察者在运动方向上变短了。太空人认为自己用了不到4年的时间到了阿尔法星，那地球上的时间会过的更少。也就是说两个不同参考系的观察者相互的观察结果是相对的，地面的观察者看到亚光速飞船的人的时间流逝的很慢，同样飞船里的人观察到地面的时间流逝的也很慢。这就是“时间佯谬”，也叫双生子佯谬。这是怎么回事儿？这不和上面说的矛盾了吗？不，当然只要这个亚光速飞船一直匀速直线运动下去，不再返回地球，那飞船和地面的“一年”是“一样”的。

但如果飞船又通过减速加速返回地球，那飞船的时间就真的比地球的时间膨胀多了，过的慢多了。这是因为通过加速和减速，飞船进入了不同的参考系而真正改变了时间。飞船上过“一年”地球上真的过了N个年。双生子中当宇航员的哥哥回到地球真要比弟弟年轻的多了。这个N随飞船速度越趋近光速而越大。具体有个公式：

其中t′为地球时间，t为飞船时间，V为飞船速度，c是光速。由式中可以看出，V→c时，分母→0，t′→+∞，也就是说飞船越接光速，飞船上即使过很少的时间，地球也会过相当长的时间，下面简单说几个速度的情况：当t=1年，V=0.99c时，t′≈7.089年。当V=0.999999c时，t′≈707年。……有兴趣的可以继续算。这个公式反过来用也行，用t′来计算t，就是用地球时间t′来计算飞船t的时间，就能算出上面乘近光速飞船用了多少时间到阿尔法星。

不过不管飞船和地球差多少年，不同参考系观察者对时间的感觉（意识时间）是一样的，而对时间流逝速度（真正的物质时间）是感觉不到的。

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