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比如說我們想要去離太陽最近的一顆恆星——比鄰星，距離我們4.2光年，那麼來回一趟至少要8年多；再或者我們要去仙女星系，路程足足有254萬光年，難道著意味著我們去一趟仙女星系就要耗費254萬年之久嗎？ ... 很顯然，如果僅僅是飛船能夠達到光速航行，那麼由於宇宙的浩瀚，我們人類能夠活著探索的區域也是相當之小的，是不是關於這個壽命問題就沒法解決了嗎？ 在沒有相對論的時候，這個問題確實沒法解決，而有了相對論之後，為這個問題提供了一個調和辦法——那就是只保證飛船人員存活，而地球上的人則只能認命了。 比如說可以保證去仙女星系的太空人，在達到目的地後，還能以一個年輕的年齡來執行任務，而地球上的人們卻早已輪換了不知多少代了，因此地球上已經過去了254萬年之久。 那麼相對論到底是如何給出這個辦法的呢？ 首先我們先回想一下，狹義相對論的鐘慢尺縮效應，簡單來說就是：動鍾變慢，動尺縮短。而這些結論依舊適用於我們的宇宙飛船。 不過這時候有人提出異議了，鐘慢尺縮不是就是兩個慣性系之間的結論嗎？你說地球是慣性系，我認了，你說飛船是慣性系，那我就不承認了。 ... 因為對於想要達到亞光速的飛船來講，加速過程是不能忽略的，我也沒法忍受那種說什麼：飛船在極短時間內完成加速，隨後勻速航行的說法。因為極短過程完成加速，就意味著，飛船以及內部的人員就要在極短時間內承受難以想像的超重環境，就算飛船的材質足以保證飛船主體不受破壞，那麼裡面的人呢？十個重力加速度就足以讓人昏迷了，更不用說那成千上萬倍的了，恐怕壓成肉泥都綽綽有餘了。 先不要激動，這裡我並沒有想用這樣的解釋搪塞過去，實際上我提到鐘慢尺縮，正是未來引出下面這樣的說法：鐘慢尺縮的使用範圍遠比我們想像的要多。 對於飛船的加速過程，我們並不需要假設它只存在於一個短暫的時間內，相反，我們要將其作為飛船在整個航行中都存在的一個過程，也就是飛船在路程的前半段處於加速狀態，後半段處於減速狀態，這同時也解決了超重問題，飛船以及內部的人員不會因此而散架。 我們就拿仙女星係為例子，假設我們飛船的加速度正好等於一個重力加速度（這個數值是由飛船內部儀器測得，並且整個加速過程中，該數值保持不變），那麼飛船內部時間與地球時間是一個怎樣的關係呢？如下圖 ... 該公式中，t代表飛船時間，T代表地球時間，a為加速度，c是光速，將254萬光年的路程情況代入，最後得出的結論是當飛船內部時間過去了28.7年時，飛船就抵達仙女星系了，而此刻地球上早已過去了254萬年多。 或許這時候有人感到不解了，這個公式是狹義相對論的嗎？我不是記得加速度這種物理量只有在廣義相對論中才能被討論嗎？什麼時候狹義相對論也能處理加速問題了？ 實際上這正是很多人對狹義相對論的誤解，雖然洛倫茲變換產生於兩個慣性系之間，但對於慣性系內的加速運動，也是照樣適用的，關於這一點有個更好的對照，那就是伽利略變換和牛頓力學。 ... 我們所熟知的一點，牛頓力學只適用於慣性系，但你不要忘了，它照樣可以處理慣性系下的變速問題，就好像一輛車在我面前加速，你說能不能用牛頓力學去描述它呢？答案是肯定的，既然牛頓力學可以，那麼狹義相對論為啥不行呢？並且牛頓力學依託的伽利略變換，同樣是產自於兩個慣性系之間。 ... 回到星際航行本身，現在我們通過狹義相對論知道了處於高速飛船中太空人，相比於地球人來說，他們的時間過的會非常慢，因此可以認為，我們現在已經解決了飛船動力以及太空人壽命這兩個困難，接下來我們就能安心的在星際空間中自由探索了。 後續內容請看下篇文章 本篇文章的內容到此結束。 謝謝各位閱讀！ 以後還會不斷更新精心準備的通俗科普長文！ 期待您的點評和關注哦！

文章來源取自於：

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