超级地球和光速航行的思考

最近看到一个新闻，表示加纳利天体物理研究所（IAC）和拉古纳大学（ULL）研究人员证实，在类似太阳的恒星HD 20794的宜居带内发现了一颗超级地球，距离地球约20光年。

在新闻底部的评论内，有人称“如果飞船能以近光速飞行的话，飞船上的人并不需要花20年”。

这一个知识对我来讲，可能有些违背基本常识，那就是光速指的是光的速度，如果光需要20年才能到达，飞船以光速行驶，正常来讲也需要20年才能到达。而不是花费更短的时间。为了探寻这一疑惑，我咨询了一下ChatGPT。

ChatGPT告知我两个说法：

“““ 这涉及狭义相对论中的时间膨胀效应。

1、对于地球上的观察者，飞船如果以光速（理论上不可能）或接近光速飞行，仍然需要接近 20年才能到达 20 光年外的星球。这是因为对于静止观察者而言，飞船的速度无法超过光速，因而仍需至少 20 年的时间。

2、对于飞船上的乘客，如果飞船以接近光速的速度飞行，根据相对论的时间膨胀效应，他们感受到的时间将比地球上的时间短得多。飞船速度越接近光速，时间流逝越慢，理论上如果无限接近光速，乘客几乎可以在短暂的自身时间内到达目的地。

3、如果飞船真的以光速飞行（假设可能），根据狭义相对论，船上的时间流逝会完全停止，换句话说，乘客会感觉自己在瞬间到达目的地。但问题是，质量有静止质量的物体（如飞船）无法达到光速，因此这种情况只是理论上的极限，而不是实际可行的物理情况。”””

这就像印证了古人说的“天上一天，地上一年”这一说法。

那么对于乘客来说是衰老20年还是衰老所感受的时间呢？

乘客的衰老速度取决于他们自身所经历的时间，而不是地球上的时间。

如果飞船以接近光速的速度旅行，由于时间膨胀效应，飞船上的时钟（包括乘客的生物钟）都会比地球上的时钟走得更慢。因此：

在地球上观察，飞船花了接近 20 年到达目的地，所以地球上的人会觉得乘客应该老了 20 年。

在飞船上观察，由于时间膨胀，乘客自己只会经历较短的时间，可能是几个月、几周，甚至几天（取决于速度有多接近光速）。他们的身体和意识只会衰老自己实际感受到的时间，而不会衰老 20 年。

举例：

假设飞船的速度是光速的 99.99%，那么相对论洛伦兹因子（γ）约为 70。

在地球上，飞船花了20年到达目的地。

在飞船上，乘客自己只经历了 约 3.5 个月。

乘客只会衰老 3.5 个月，而不是 20 年。

结论：

乘客的衰老速度与他们所经历的时间一致，而不是地球上经过的时间。因此，他们只会衰老自己在飞船上感受到的时间，而不是 20 年。

如果人类有能力制造出能够光速飞行的飞船，那么探寻宇宙就不再是梦，反而是一个星际移民的事实。就像科幻大片中一样，人类带着所有的种子、动物离开地球，并探索新的星球。

1、The IAC confirms the existence of a Super-earth in the habitable zone of a Sun-like Star：https://www.iac.es/en/outreach/news/iac-confirms-existence-super-earth-habitable-zone-sun-star