开普勒22b,距离地球大约600光年,被认为是与地球最像的星球,堪称“第二个地球”。那么,如果以光速飞往开普勒星球,需要多长时间呢?
由于光速是无法超越的,爱因斯坦的相对论早就表明了这点,所以我们暂且假设无限接近光速的速度飞行,需要多长时间才能到达那里呢?
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如果用简单的数学计算,答案很明显,大约600年时间,毕竟无限接近光速的速度可以近似看做光速,光速飞行600光年所用的时间不就是600年吗?
当然,这种思考方式在我们生活的低速世界是没有错的,不过爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,一旦速度达到亚光速,就需要考虑时间和空间的影响,因为时空是相对的,速度会影响时间和空间。
简单来讲就是钟慢效应,也就是时间膨胀效应,还有尺缩效应。两个效应是等价的,因为时间和空间是一体的,两者不可分割。
何为钟慢效应和尺缩效应?
通俗来讲是这样的,速度越快,相对速度更慢物体的时间就越慢,空间尺度也会越短。那么多,理论上分析,只要速度足够快,足够接近光速,地球与开普勒星球600光年的距离就会变得非常短,甚至可以短到只有几公里,几十米,甚至几米,完全不用花费600年时间,甚至在短短几分钟时间里就能到达那里。
这是从距离上来分析,也就是尺缩效应。实际上从时间上直接分析也是一样的。由于速度非常接近光速,飞船里的时间相对地球时间会变得非常慢。在地球上的人类看来,飞船的确需要大约600年时间才能到达开普勒星球。
但是那只是地球人类眼里的600年,由于飞船上的时间变慢了,地球眼里的600年并不是飞船的时间,飞船的时间可能只过去了几天,甚至几分钟而已。也就是说,飞船只需要几分钟就能到达开普勒星球。
但是,以上只是理论上的分析,实际上操作起来并没有那么简单,想要以非常接近光速的速度飞行,是很难的。
首先就需要考虑加速温度,毕竟飞船不可能瞬间达到如此快的速度,必须从零开始加速。加速度越大,飞船加速到亚光速的时间就越短。
但是人体的承受力是有限的,加速度太大人体就承受不了。目前人体能承受的最大加速度大约为14个g,但是如此高的加速度,普通人很难承受,而且这个加速度也只是人类能在短时间内承受的加速度,长期下去肯定不行。
安全起见,3个g的加速度是最可靠的,也就是每秒加速大约30米。这个加速度下,虽然人体仍会有不舒服的感觉,但也是可以承受的,起码理论上可以长期承受。
那么,以3个g的加速度加速到接近光速,需要多长时间呢?大约需要120天,计算过程就不详述了,也比较简单。
有加速,就需要有减速,快要达到开普勒星时,飞船的速度必须减速,这个过程与加速正好相反,也需要大约120天。也就是说,飞船加速减速过程就需要240天左右。
也就是说,在地球视角来看,飞往开普勒星球的飞船,需要600年8个月左右的时间才能到达目的地。
但刚才说了,这个时间只是地球时间,并不是飞船的时间。如果你就在飞船里,你并不会感觉到自己花费了600年8个月的时间。这就牵扯到之前说到的钟慢效应了。
由于飞船是不断加速的,一开始飞船的速度与光速相比很小,钟慢效应可以忽略。随着时间推移,当飞船速度非常接近光速时,钟慢效应就会越来越明显。
比如说,当飞船速度达到光速的倍时,飞船时间会比地球时间慢大约70倍。不过对于你本人来讲,你并不会感受到时间在变慢,必须通过与飞船外部世界对比,才会感受到。
也就是说,你根本用不了120天就能加速到无限接近光速,这时候飞船就会以无限接近光速的速度飞行,无论飞行多远,对于你来讲都是一瞬间的事情。然后,减速的过程,你花费的时间也用不了120天。
对于你本人来讲,加速减速到底花费了多长时间,计算起来会稍显复杂,不过肯定比240天要短,而且要短不少。
最后强调一下,以上的分析基本上都是建立在科幻的角度,现实的情况可能更加残酷。当你所乘坐飞船的速度无限接近光速的时候,其实时间对于你来讲已经没有意义了,因为你的一秒就相当于飞船外部世界的永久!
也就是说,在飞船速度达到无限接近光速的一瞬间,宇宙就过去了无限远的时间,其实就等同于宣告宇宙的终结了!宇宙都灭亡了,你当然也不可能存在了。
所以,光速飞行看起来很美好,其实只是踏上了瞬间通向死亡的列车!