按相对论, 《星际穿越》爸爸比女儿年轻的事会出现在人类身上吗?

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在电影《星际穿越》中,为了拯救人类,主人公库珀一行人驾驶宇宙飞船穿过虫洞前往银河系之外执行任务。最终库珀回到地球之后,她的女儿已为百岁老人,而他还是年轻时的样子。

上述剧情是有科学依据的,爱因斯坦的相对论表明,不同参照系中的时间流逝速率是不一样的。在低速观察者看来,高速运动的时钟走得慢,并且速度越快,时间越慢。

而在处于弱引力场中的观察者看来,强引力场中的时钟走得慢,并且引力场越强,时间越慢。这是两种不同的时间膨胀效应,在现实中都已经得到证实。在《星际穿越》中所表现出来的为后者,即引力时间膨胀效应。

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库珀一行人穿过虫洞之后,先是去往了黑洞附近的米勒行星。由于这颗行星过于接近黑洞,导致其时间流逝速率极慢。在米勒行星上过一个小时,相当于在地球上过了七年。

虽然库珀执行任务的总时间不过数年,但由于黑洞附近引力场很强,时间膨胀效应非常显著,使得库珀回到地球之后,地球上已经过了数十年。因此,他的女儿成了百岁老人,而他依然保持年轻。

如果未来人类能够乘坐飞船近距离飞近黑洞或者其他引力场的天体,当这些太空旅行者回到地球之后,原先与他们同一时代的人都已老去,甚至早已去世。这相当于太空旅行者实现了前往未来地球的时间旅行。

此外,如果未来人类能够建造出超高速宇宙飞船,也能实现同样的效果。例如,太空旅行者乘坐速度达到光速86.6%的宇宙飞船,在太空中飞行一年,当他们回到地球时,地球上已经过去了两年。

如果宇宙飞船能够达到光速的99.995%,当他们在太空中飞行一年回到地球之后,地球上已经过去了一百年。通过这种方法,也能实现去往未来地球的时间旅行。

按照爱因斯坦相对论,影响时间膨胀原因有很多,速度,重力都会影响时间的膨胀。

1996年,英国国家物理实验室用铯原子钟从伦敦到华盛顿飞了一个来回,与留在实验室的铯原子钟比较,相差39.0±2纳秒。

就是说,你坐波音787在伦敦和华盛顿之间飞一个来回,能年轻39×0.000000001 =0. 000000039秒,如果你想年轻1秒,就要飞1÷0. 000000039 =25641026个来回。

2010年初,美籍华裔科学家詹姆斯?周钦文率他的团队完成了在地面上验证相对论的实验,他们研制出一种超精准原子钟。这种原子钟以单粒铝原子为基准,精确得令人发指——每37亿年误差不超过1秒,这是人类目前最精准的计时器。

两台铝原子钟,把其中一台平稳升高33厘米,升高后的钟比另一台快,每79年快900亿分之一秒。验证了广义相对论有关引力越大,时间越慢的理论。

人类走出银河系需要的速度和探索开放黑洞中子星的行为必然会改变当事人相对应的时间膨胀率,那就一定会出现星际迷航里面的情况。

这种问题估计科学家们也难以答复,科幻之间的事情说可以也行,说不可以也不能算错,就作为茶余饭后聊以解闷的话题吧……

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