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只用28年時間，就能飛到200萬光年外嗎？

小知識


只用28年時間，就能飛到200萬光年外嗎？



關于能否超光速的這個問題：一個簡短的回答是不能超光速 ， 物體的慣性速度不能超過光速（詳細見我們之前的文章《為什么光速無法超越？》） ， 這意味著如果你測量一個經過你旁邊的物體的速度 ， 它將永遠小于光速；而詳細的回答是“這是很復雜的” 。
之所以很復雜是因為我們傾向于認為速度是物體在某種絕對、普遍的參考系中的運動 。 在我們每天的經驗中 ， 這很貼切 。 然而 ， 在更一般情況下 ， 這是行不通的 。 一方面 ， 運動是相對的 ， 所以一個物體的“速度”取決于是誰在測量它 。 在接近光速的速度 ， 狹義相對論也開始發揮作用 ， 從而導致諸如時間膨脹及長度收縮等奇怪的事情 。
為了說明這一點 ， 假設我們有一枚火箭能以恒定1g的加速度持續加速 。 這將意味著這枚火箭的乘客將能體驗到他們在在地球上所感覺的相同“重量” 。 假設利用這枚火箭飛往另一顆恒星 ， 旅程是這樣子的：我們從初速度為零開始 ， 一直以恒定1g的加速度朝著這顆恒星飛去 ， 直至行程的一般；然后以同樣大小的減速度反向減速 ， 直至到達旅程的終點 ， 最終速度減為零 。
只用28年時間，就能飛到200萬光年外嗎？



比鄰星實際上是屬于一個三恒星系統
半人馬座阿爾法星（比鄰星）是距離我們最近的恒星系統 ， 這個距離為4.3光年 。 從地球上看 ， 這枚火箭的旅程需要花費5.8年的時間 。 在半程時 ， 火箭將達到最高速度為0.948c ， 或略低于光速的95%（c為光速的符號） 。 但對于火箭上的乘客而言 ， 這趟旅程只花費了3.56年的時間 。 這就意味著在他們看來 ， 他們花了3.56年的時間飛行了4.3光年的距離 ， 這個平均速度超過了光速的1.2倍！
如果我們也這樣去Gliese 876這顆恒星（是一顆紅矮星 ， 距離地球15.3光年 ， 目前已發現擁有四顆行星）走一趟 ， 事情將會變得更離奇 。 從地球上看 ， 這枚火箭將花費16.7年的時間到達Gliese 876 ， 并且最高速度達到0.993c 。 然而 ， 對于火箭上的乘客而言 ， 此行只需要5.6年的時間 ， 所以他們感知到的平均速度為2.7c 。
只用28年時間，就能飛到200萬光年外嗎？



我們以火箭乘客的出行時間作為他們行程距離的函數繪制出關系圖 。 從上圖中可以看到 ， 他們走的更遠 ， 這種效應就越顯著 。 舉個極端例子 ， 火箭上的乘客用在他們看來僅28年的時間就能前往200萬光年之外的仙女座星系 。
那么這到底是怎么回事呢？有一件事對于所有的觀測者而言是一致的 ， 那就是光速（在真空中） 。 地球上的實驗室和以接近光速運動的火箭上的實驗室都會測得相同光速的唯一可能 ， 就是因為時間和距離是基于各自觀測者而言的 。 換言之 ， 空間和時間是相對的 。
隨著火箭速度的增加 ， 地球上的觀測者會看到這些乘客的時間正在放緩 。 因此 ， 對于地球觀測者而言 ， 前往Gliese 876需要16.7年的時間 ， 而火箭乘客時間的放緩意味著他們只過了5.6年 。 從乘客的角度來看 ， 地球和目的地之間的距離隨著他們速度的增加似乎縮短了 。 在旅程的任何一刻 ， 他們仍然會測得火箭的速度小于光速 ， 而只是地球和目的地越快速相對于他們移動 ， 他們的距離似乎就越縮短 。

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