如果一艘飛船以光速飛往600光年外的開普勒-22b,需要多長時間?

我們先不討論有質量的物質無法加速到光速這個問題,權當科幻來討論這個問題。

不過首先,還需要題主明白一個理論,那就是尺短鐘慢效應。

這個效應指的是:在時空中移動的物質,運動速度越快它相對於運動速度慢的物體來說,單位空間尺度越小,單位時間長度越短。

簡單點來說——跑得越快,體積越小時間越慢(國際空間站的時間每年比地面上的時間慢大約9毫秒)

在這個故事裡,我們不談尺短效應——否則會把你和你的飛船變成一個光速移動的黑洞。

這個問題說起來又是一篇微小說,在這裡就不多說了。

正題開始:

先說飛行員身體。

由於人體能承受的最大加速度爲14G,也就是每秒加速137.2米,在這個加速度下,普通人基本上得掛,身體極好的人休克,所以我們降低要求,12G加速度,每秒加速117.6米,普通人大多會昏迷,經過訓練的人大概能承受10-15秒,最長記錄好像是30秒多一點,在這個加速度下,人會產生反應遲鈍、灰視、黑視等問題,長時間在這個加速度下會對人體特別是神經細胞造成驗嚴重損害,不行。

再降低要求,爲了安全,我們就按照3G,每秒29.4米的加速度來加速(這個加速度人類短時間承受會有倒立的感覺,理論上長時間無法長時間承受,科幻嘛,隨意拉,不喜勿噴)

好了,定下加速的速度後,我們來計算一下,要想光速飛行,首先你得先進地球軌道做好出發前的準備,已知地球軌道空間站飛行速度爲7800米/秒,那麼我們需要用29.4米/秒的勻速直線加速使飛船加速到299792458米/秒,設v0爲最終速度,vt爲初始速度,t爲加速所需時間,得公式:

t=(v0-vt)/3G

解得t≈10,196,757.1秒,換算後,t≈2,832.43253小時,大約需要爲118天(不知道我算對了沒有)

然後出方案如下:

首先將宇航員送至離地球400千米的近地軌道,進行補給和準備後計算好拋離軌道,在預定點點火,開始進行爲期118天、每秒29.4米的勻速加速,將飛船精確的彈射出地球,飛向600光年外的目的地。由於飛行軌跡爲拋物線軌跡,所以飛船實際飛行距離將可能略微大於600光年(大致上可能會多飛出幾或者幾十光天)。

在即將到達目的地時,需要在一個精確的點進行提前減速以確保飛船能被目標星球重力捕獲且圍繞目標星球軌道飛行。

由於目標星球重力比地球強大約2.4倍,大概需要18720米/秒的速度才能確保被重力捕獲而不會飛過或墜落,於是減速大約需要以29.4米/秒的速度持續118天。

上面的118天是大概時間,其實加速和減速所需時間有幾個小時零幾分幾秒幾微妙幾毫秒的差別,咱這是科幻,就不搞那麼精確了

加速正常開始了,地球上的人類目視你離開地球,越來越快,大約600年零幾個月以後,你成功到達目的地。

——這是地球視角

加速正常開始了,你被一股大力摁在椅子上,呼吸略微有些困難,在適應了一段時間後,身體的不適已經消失,你在飛船內活動時開始覺得有些吃力,你看向窗外,窗外的景色空曠,繁星點綴,一點都沒有想象中高速運動的那種視覺衝擊,大約一百多天後,按理來說你還沒有達到光速飛行,但加速的推背感瞬間就變換成減速的拖拽感,這時候你若是沒系安全帶的話,你將會被以每秒29米的速度拍在舷窗上,運氣好的話,你可能會摔得七暈八素,運氣不好的話,可能得斷點什麼。

——這就是你的視角

可能你會問,爲啥飛行員沒有到118天就減速了,而且中間那大部分光速飛行的時間去哪了?

這就是之前我要你理解尺短鐘慢效應的原因了。

由於飛船是勻加速運動,在運動速度越來越快的時候,你的時間相對於地球時間已經開始越來越慢,當你達到光速的99.999999999%的時候,你的時間比地球上的時間慢大約1/10,而這個時間慢,你自己是感受不出來的,所以在你意識裡,還沒有用118天,你就已經到達光速了。

後面,重頭戲來了:

也是由於鐘慢效應,在你到達光速的一瞬間,你的時間就被壓縮到無窮慢。

無窮慢,換個說法就是相對於地球來說,你的時間靜止了。

於是——跑600光年要用的時間對你來說短到喪心病狂的程度,一瞬間這個詞都比你光速跑600光年長得多得多。所以你的感受就是:你還沒用掉理論上到達光速的時間,就已經快到目的地了。

是的是的,別瞎猜了,理論上你用光速的話,可以在你感知的一瞬間到達這個宇宙的任何角落——只不過外界過了多久就不好說了。

當然,上面的一切你就當個科幻故事來看,真實的情況也許是:當你到達光速那一刻,整個宇宙對你來說就沒有了任何意義,也許當你到達光速那一刻外界的宇宙就經歷了無數的時間直達湮滅。

恭喜你踏上一列直達整個宇宙末日的單程列車。