上升浪一人光速飞行一分钟再回地球，还能见到家人吗？

现代科学认为，我们的地球诞生于46亿年前，也就是太阳系诞生初期，当时太阳系一片混乱，太阳诞生以后吸收了周围大量的物质，所以太阳的质量占到了太阳系总质量的百分之99.86，剩下的八大行星和其它物质占到了太阳系总质量的百分之0.14，从占比上我们就能够看出太阳的质量非常大，在太阳系的八大行星当中，地球是唯一一颗诞生了生命的星球，生命的出现给地球增添了很多色彩，尤其是人类出现以后，解开了地球上很多的奥秘，人类作为地球上的智慧生命，一直都在努力的提升我们的速度上升浪，从古代的步行，到后来的马车，再到现在的汽车、轮船、飞机等等，人类的速度在不断的加快。

现在人类用于发射人造地球卫星的火箭，速度大约是每秒7.9千米，这样才能够克服地球引力将卫星送入轨道，目前人类发射的最快的探测器是帕克太阳探测器，它的最快速度能够达到每秒180公里，这个速度对于人类来说已经非常快了，不过即便如此，它想要飞出太阳系也是不可能的，根据科学家的研究得出，人类想要飞出太阳系，至少需要上万年的时间，这个时间对于人类来说太过于漫长，所以人类必须找到更快的飞行方式才行，目前人类已知宇宙中最快的速度就是光速，光速大约是每秒30万公里，这个速度对于人类来说，简直就是天文数字，看到这里，可能很多人会产生一个疑问，就是光速这么快，我们是如何计算出来的？

在17世纪之前，人类普遍认为光速是无限的，当时伽利略提出了质疑，他设计了著名的灯笼实验：让两人分别站在相距较远的两座山上，同时点亮灯笼并计时，试图通过光信号传递的时间差来测量光速，不过由于当时的方法不够先进，所以实验最终并没有成功，后来到了1849年，法国物理学家菲索利用齿轮和反射镜设计出旋转齿轮法。实验原理为：光源发出的光通过齿轮的齿缝照射到远处的反射镜，再反射回观测点。当齿轮静止时，光线沿原路返回；当齿轮旋转时，若转速达到某一值，光线返回时齿缝位置已转动，光线被齿轮挡住，观测者看不到反射光。通过计算齿轮转速、齿数和观测距离，可推导出光速。菲索的实验首次成功测量出光速约为31.5万公里/秒，虽与现代值有误差，但奠定了机械法测量光速的基础。

1851年，法国科学家傅科对菲索的方法进行了改进，用旋转镜代替齿轮。他将光源发出的光照射到高速旋转的八面镜上，经反射镜投射到远处的平面镜，再反射回八面镜。通过调整平面镜的位置和八面镜的转速，使返回的光线在八面镜旋转一周后恰好被观测到。这种方法避免了齿轮间隙的误差，测得光速更精确，约为29.98万公里/秒，接近现代公认值。对于人类来说，光速早已经超越了日常的经验范围，我们无法用肉眼来感知光速，因为光速传播的速度足以让任何物体在瞬间消失，比如说从地球到月球的距离大约是38万公里，光仅需要1.28秒就能够到达，这种速度让人类在观察宇宙的时候，看到的都是它们过去的样子。

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光速不仅是速度的极限，更是宇宙法则的基石。爱因斯坦的相对论揭示，光速是宇宙中不可逾越的屏障。当物体接近光速时，时间会变慢，空间会被压缩。既然如此，那么当一个人乘坐光速飞船离开地球，一分钟以后，他再回到地球，他还能够看到他的家人吗？想要解开这个奥秘，我们就必须对时间足够了解，对于普通人来说，时间是生活中最熟悉不过的基础，它是衡量生活节奏的标尺，是记录经历的载体，我们通过时间能够感受季节的变化，著名的物理学家牛顿就曾经对时间做出过解释，他认为时间是一个绝对的、均匀的、独立的存在，简单来说就是，在牛顿力学中，时间对于所有的人和物体都是一样的，不管它们在哪里，在什么状态下都是一样的。

在牛顿力学中，如果你在地球上用一个钟表测量一小时，那么在月球上用另一个钟表测量一小时，结果应该是一样的；如果你在静止状态下用一个钟表测量一小时，那么在高速运动状态下用另一个钟表测量一小时，结果也应该是一样的。不过著名的物理学家爱因斯坦的相对论颠覆了绝对时间的概念，揭示时间与空间并非独立存在，而是构成时空连续体的经纬。高速运动的物体时间会变慢，强引力场中的时间流速也会改变。爱因斯坦发现，不同运动状态下的观测者，会对用一个事件的发生的时间和地点有不同的判断，这就是所谓的时间延缓和长度收缩，时间延缓指的是，运动会使得时间变慢，长度收缩指的是，运动会使长度变短，这些现象都是基于一个重要的假设，那就是光速不变原理。

在爱因斯坦的狭义相对论中指出，当物体接近光速运动时，时间就会变得很慢，假如有一列匀速行驶的火车，车厢正中间有一盏灯，在火车上的观测者看来，按下开关以后，灯光会同时到达车厢的前壁和后壁，但是在地面上的观测者来看，灯光发出以后，火车依然在前进，前壁在远离灯光，后壁在靠近灯光，由于光速不变，地面观测者会看到，灯光先到达后壁，后到达前壁，这个实验说明，“同时”的定义取决于观测者的运动状态，而时间的流逝，本质上就是事件发生的先后顺序的累积。因此时间的快慢也必然会随着运动状态而变化。除此之外，科学家还专门做了其它实验来证明爱因斯坦的理论是正确的。

1971年，美国科学家哈费勒和基廷进行了一项著名的原子钟环球飞行实验。他们将四台铯原子钟分别放在两架飞机上，一架飞机向东飞行，另一架飞机向西飞行，绕地球一周后，与地面上的原子钟进行比较。由于飞机的运动速度不同，根据狭义相对论的预测，飞机上的原子钟与地面上的原子钟应该会出现时间差。实验结果表明，飞机上的原子钟与地面上的原子钟确实存在时间差，而且时间差的大小与狭义相对论的预言完全一致。这一实验直接验证了狭义相对论的时间膨胀效应，让人们对时间的相对性有了更直观的认识。除了速度的影响之外，重力也能够导致时间的流逝发生变化，爱因斯坦认为，重力并不是一种力，而是一种时空弯曲的表象，时空是一个由时间和空间组成的四维结构。

我们可以把它们想象成一个有弹性的薄膜，每一个天体都依附在这张薄膜上面，天体会对时空产生一种叫做引力场的影响，而重力就会影响时间的流逝，因为时空是一个整体，如果空间被弯曲了，那么时间也会被弯曲，这就意味着，在不同的引力场中，时间的流逝速度也是不一样的，在强引力场中，时间的流逝就会变得很慢，在弱引力场中，时间的流逝就会变得快。在宇宙中，人类发现的引力最大的天体就是黑洞，当光经过黑洞的时候，都会被它所吸引，所以时间在经过黑洞的时候，也会变得非常慢，按照爱因斯坦的理论，当一个人以光速离开地球以后，他所流逝的时间和地球上的时间是不同的。在光速飞船上面，时间的流逝会变得非常慢。

根据时间膨胀效应公式得出，当飞船的飞行速度达到光速的0.5倍时，时间膨胀效应为慢1.15倍，当速度达到光速的0.9倍时，时间膨胀效应为慢2.29倍，当速度达到光速的0.99倍时，时间膨胀效应为慢7倍，当速度达到光速的0.9999倍时，时间膨胀效应为慢70倍，当速度达到光速的0.999999999时，时间膨胀的效应为慢707万倍。这就意味着，当飞船感觉自己飞行了1分钟后返回，地球上可能已经过去了几万年甚至更久的时间，这种时间的差异随着速度接近光速而呈指数增长，对于光速飞船上的人来说，1分钟可能是一个非常短暂的时间，但是对于地球来说，光速飞船上的1分钟，可能是千万年甚至更久的时间。

如果按照离开地球一分钟，回到地球一分钟来算，那其实就是2分钟的时间，根据速度时间膨胀公式，当飞船速度达到光速的 50% 时，时间膨胀倍数仅为 1.15 倍。也就是说，飞船内的人经历 2 分钟，地球上的观测者则度过了 2.3 分钟，约 138 秒，时间差异并不显著。然而，当速度提升至光速的 99% 时，飞船内的时间膨胀倍数达到约 7.09 倍。此时，飞船内的人经过 2 分钟返回地球，地球人却感觉已经过了 14.18 分钟。这表明，飞船内的人度过 2 分钟，地球观测者度过了 14.18 分钟，地球观测者的时间流逝速度相对飞船内的人快了 7.09 倍。当飞船速度达到光速的 99.99% 时，地球观测者却已经度过了 9847 天，将近 27 年。由此可见，速度时间膨胀效应呈现出越接近光速，膨胀效应越显著的规律。

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