假如你以光速穿越银河系需要多长时间？18万年还是一瞬间？|地球|宇宙|相对论|穿越|超光速|银河系

在谈论宇宙速度的极限时，光速总是一个不可逾越的障碍。

让我们再次重申：没有任何物质，包括人类，能够达到光速，这是由爱因斯坦的相对论中的光速不变原理所决定的（除非有证据表明这一原理是错误的，但目前还没有出现这样的情况）。狭义相对论的构建正是基于这一原理以及相对性原理，因此，狭义相对论的一些公式和结论中也反映出了光速的限制。例如，著名的质能关系公式：

（其中m表示物体的运动质量，m0代表物体的静止质量，V表示物体的速度，C表示光速，在m0≠0的情况下，当Ⅴ趋近于C时，分母的平方根趋近于0，从而导致m趋近于无穷大）。尽管公式本身并未明确限制物体的速度，但当物体速度接近光速时，其质量将趋近于无穷大。达到光速时的质量就是无穷大，要想推动这样一个质量无穷大的物体，就需要无穷多的能量。如果宇宙是有限的，那么整个宇宙的能量都无法推动这样的物体，这也就阻止了任何物体达到光速。在光速都无法达到的情况下，超光速更是不可能。

目前，只有光子能以光速行进（还有引力波），这与其静止质量为零的特性不矛盾。因此，我们或许可以这样重新提出问题：“光子穿越银河需要多少时间？是18万年还是零？”这样的提问似乎更合理。但是，假设我们真的想要让人类达到光速，比如说通过使用无穷大的能量来将一个人加速至光速，那么此时这个人实际上就脱离了常规的时空，转化成了光，最后还是由光来穿越银河系。

现在来回答这样一个问题：光速穿越银河系需要多少时间？18万年还是零？答案是：对于以光速移动的物体或者人来说，时间是零；而对于相对于地球或银河系静止的观察者来说，时间是18万年（指沿着银河系的银道面做水平穿越）。

根据相对论，时间的流逝具有相对性。一个物体运动的速度越快，其内部时间的流逝就越慢。对于地球静止的观察者来说，会观察到快速移动物体内部的时间变慢了，这就是所谓的时间膨胀效应。以下是时间膨胀的公式：

（其中△t′是移动物体内部的时间间隔，而△t是地球静止观察者的时间间隔，V表示物体相对于地球的运动速度，C为光速）。当物体的速度V接近光速时，公式中的根式趋近于零，因此物体内部的时间△t′也趋近于零，即时间膨胀效应开始显现。根据公式，如果V=C，则△t′=0，即当物体以光速移动时，其内部的时间就静止了。

如果这个以光速移动的物体是一个人，而这个人仍然有知觉的话，他会觉得在没有花费任何时间的情况下就穿越了整个银河系，甚至穿越了整个宇宙，因为对他来说，时间已经停止了。还没等他感觉到时间的流逝，就没有任何东西可供穿越了，于是他脱离了宇宙的时空束缚，最终成为光子是必然的结果。

对于这个“他”来说，不仅时间不存在，空间也不再有意义。“他”当然依然存在，因为没有任何理论禁止他以我们尚不知道的方式存在。

而对于地球上的观察者来说，这个人正在进行一场持续几十万年，甚至数百亿年的漫长飞行。而穿越银河系所需的时间是18万年。当然，这是基于沿着银道面穿越的假设，如果是垂直于银道面穿越银河中心，则只需要1.2万年，因为银心的厚度约为1.2万光年。

以上假设了人能够以光速穿越银河系，但实际上人无法达到光速。然而，未来的人类使用亚光速旅行穿越银河系是完全可能的。

我们再来回答一下，人类以亚光速穿越银河系需要多少时间，以及可能的方法。为了简化回答，我们还是只考虑沿着银道面水平穿越的情况。以亚光速移动的人会因为钟慢尺缩效应，而使得在地球观察者看来的18万光年银河直径，在他们看来并不是那么长。以下是相对论的尺缩公式：

（其中L表示以亚光速移动的人所看到的银河系直径，L0表示地球观察者所看到的银河系直径，即18万光年或1.89x10^21公里，V表示移动速度，C表示光速）。当V趋近于C时，公式中的根式趋近于零，L也趋近于零。例如，当V=0.8C时，L≈10.8万光年，那么穿越所需的时间△t=L/V≈13.5万年；当V=0.99999999C时，L≈25.45光年，则△t≈25.46年。这意味着，当人以光速的0.99999999倍飞行时，只需要25.46年就能穿越银河系，这当然是对于亚光速飞行的人来说的时间，而对于地球上的人来说，他们度过了超过18万年。