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A9 · 以 99.99% 光速飞一年,回到地球过了多久?

时间膨胀

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一对双胞胎,一个上了飞船。飞船以 99.99% 的光速飞行,飞一段之后掉头回来。两个人再见面时,年龄会差多少?先接受一件反直觉的事:光速对所有人都是同一个值。

不管你是站着还是飞着,测出来的光速都一样。这件事其实非常奇怪,因为我们平时的经验不是这样。你朝一堵墙扔一个球,你往前跑着扔,球就更快。但光的行为完全不同,你怎么跑,测出来都是同一个数。

这是整个相对论的前提。想象一个最简单的钟。两面镜子,一个光子在中间来回弹,弹一个来回,就是一秒。现在让这个钟跟着飞船一起飞。

光子要走的路径变成了斜线,光子走过的路径就变长了。但光速不会因此变快,所以弹一个来回需要的时间就变长了。这个钟就跟着走慢了,钟慢,意味着时间本身也慢了。这个变慢的比例,叫洛伦兹因子,速度越快,这个因子越大。

速度低的时候,它几乎等于 1。开车的速度,时间只慢一点点,日常生活中根本感觉不到。但在接近光速时,它会急剧上升,到 99.99% 时,涨到了 70 左右。把 99.99% 这个数字代进去,洛伦兹因子大约是 70。

也就是说,飞船上过一年,地球上就过了七十年。双胞胎里的那个宇航员,回来时比自己的兄弟年轻了将近七十岁。那问题来了:运动是相对的,那凭什么偏偏是他变慢?在飞船上的那个人看来,明明是地球在离他而去。

这个问题的答案在于掉头:飞船必须减速、掉头、再加速。在这一过程里,他不再是匀速运动。而地球上的人一直是匀速的,加速能被身体感觉到,匀速不能。所以两个人并不对称,真正拐过弯的那个人,才是变慢的那个。

所以下次看到时间旅行,你可以问一句:他拐弯了吗?想聊的在评论区说说。