为什么以接近光速旅行感觉不到时间流逝？

jansie1314

既然飞船是接近光速，那么就要考虑狭义相对论。

显然，飞球从地球到达比邻星是需要加（减）速的。根据「双生子佯谬」的结论：连接时空（即时间+空间4维对象）中的两点的所有运动轨迹中，做惯性运动的那条轨迹所花的时间最长，可知：由于地球上的观察者做惯性运动，而飞船有变速过程，所以该过程中飞船比地球上的观察者所经历的时间更短。

有人计算过双生子佯谬会造成多么明显的效应。如果飞船驶向距离我们 4.2 光年的比邻星，在飞行的前 4 个月中，火箭一直以 3g （这里， g 是重力加速度）的加速度加速。加速结束时，飞船达到 2.5×10^8m/s ，这时，关闭发动机，宇航员处于失重状态，做惯性运动（匀速运动）。接近比邻星时，再以 3g 减速。访问比邻星后再以同样的方式返回。地球上的人觉得飞船往返用了 12 年，宇航员则觉得整个过程只用了 7 年。他比一直在地球上的生活的，并与他同年同月同日出生的人年轻了 5 岁。

再设想一艘去银河系中心旅行的用光子发动机发动的飞船。飞船先以 2g 加速度加速，不关闭发动机。飞行一半距离后，再以 2g 加速度减速，到达银心后再以同样的方式返回地球。计算表明，地球上的人觉得飞船返回时已过了 60, 000 年，但飞船上的飞行员则觉得只过了 40 年！


关于双生子佯谬的详细解释，参见图片：

rickyckk

是这样的，如果你在这艘接近光速的飞船上观察一束与飞船同向传播的光，你看到这束光的速度是多少呢？或者说你向船头或者船尾射出一束光，你看到它们的速度会有差异吗？

有两个答案，别人看你，你与光的速度差当然很小；但在你看来，你与光的速度差必须是光速，这是MM实验的结论。

为了撮合这对矛盾，只好委屈你的时间变慢，或者你变短(所以同样的长度要走更久)，两者是一回事。

也就是说，只要你去追光，你的时间就会变慢，你越加速追，你的时间就越慢，慢的程度刚好能抵消你的速度，从而保证光永远以光速远离你。

等等，光是向所有方向传播的，所以你向所有方向的追赶都会产生这个效应，这就提示我们，其实这跟追不追光没关系，只跟运动有关系。

HWCEJgmU

去学习洛仑兹变换，狭义相对论。
把钟慢尺缩用勾股定理推导一遍。

JczaEZNv

尺缩效应。
简单的来说呢。
在运动的火车上，我竖直向上扔一个球。
你在火车外的站台上观察这个球，
在你看来，它是斜向上运动，因为还有火车的运动叠加。
而我看来，它是竖直向上运动，因为我和球都在火车上。
这样一来，你看到的球的运动路程比我看到的球的运动路程长。
我们觉得它的时间是相同的，所以是速度不同。
但是当不是我拋球，而是发射一束激光。
我们看到的路程依旧不同。你看到的激光的运动路程比我看到的激光的运动路程长。
但是现在，要注意它是激光了！！
光速是一定的！！那么，就是时间发生了变化！
我的时间比你短！！


其实呢。这个理论到底是不是尺缩效应我也不知道。

毕竟我是学渣，上课不认真听讲！

coloristy

我有一个非常民科的解释，似乎可以作为一种直观理解洛伦兹变换并给出相同定量计算结果的方法。

我对狭义相对论的理解是，我们的时空是四维的，三维空间一维时间。亮点是，
1) 我们时时刻刻在4维时空中以光速奔跑。当我们在空间中静止的时候，就在时间维上以光速奔跑。
2) 时间的流逝的速度可以解释为我们在时间维上面奔跑的速度。当我们在时间维度上的运动速度是光速的时候（也就是我们在空间中静止的时候），就是我们平时感受到的时间流逝的速度。当我们在时间维度上的运动速度是0.5c的时候，就说明我们的时间流逝只有静止时候的一半快。
3) 时间维和三个空间维度是正交的。

在这三个假设下，根据勾股定理其实就能算出来当你在空间中以一定速度运动的时候，时间流逝的快慢了。比如当你的空间速度是0.997c的时候，由于时空总速度一直是c，那么在时间维度上你的速度就是sqrt(c^2-(0.997c)^2)=0.077c。换言之，在0.997c的速度下，时间流逝的速度是静止物体的0.077倍。如果目的地是4.2光年外的比邻星的话，你感受到的时间是4.2*0.077 = 0.325年。和用洛伦兹变换算出来的结果完全相同。

当然我没有受过专业的物理训练，对狭义相对论的理解仅限于时间简史之类科普书。这个民科理解还请各位指正。