银河系直径大约10万光年,假设我们的科学发展到可以光速飞行了(实际上不可能达到光速),那么跨越银河系,在地球上看来的确需要10万年,人类的寿命显然达不到,需要在飞船上经历很多很多代人。

注意,这是在地球上的时间。

接下来,要说但是了。

飞船上真的需要经历10万年吗?答案是否定的。

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(图片来源于网络)

说这个问题,必须要提到狭义相对论了。

首先,相对论的大前提是光速不变,即是说,同一束光,无论在哪个人看来,它的速度都是一样的。

假设你站在地球上,天空中有一艘飞船,以一半光速飞行,向前发出了一道光。

在你看来,那束光前进的速度是光速C,飞船以一半光速向前飞行,那么光相对于飞船的速度就是一半光速,光以一半光速的速度远离那艘飞船。1秒钟后,飞船与光的距离是15万公里。

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(图1 你的视角)

但是对于飞船上的张三来说,那束光仍然是以光速在远离他,1秒钟后,他与光的距离是30万公里。

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(图2 飞船视角)

这就是光速不变,光对任何人来说都是光速,这是大前提。

接下来就要提到著名的尺缩效应了。

仍然是上面的例子,同样经历了1秒钟,在你看来,光与飞船的距离拉开了15万公里,在张三看来,这个距离却是30万公里。换句话说,同样达到光与飞船拉开30万公里的目的,在你看来需要2秒钟,而对于张三来说,只需要1秒钟。

为什么会这样?因为对张三来说,其实是你和整个宇宙都在快速向后运动。当宇宙在快速运动的时候,竟然变短了,原本需要花费2秒钟才能跨越的距离,现在只需要花1秒钟。这就是尺缩效应,速度越快的物体,会变得越短。同样,对你来说,张三的飞船变短了。

假如一个物体达到了光速,那么对他来说,整个宇宙的长度就变为了0。

尺缩效应的推导过程很复杂,以上只是从逻辑上举的通俗易懂的例子,实际上非常不严谨,但相信你能看明白。

通过尺缩效应,不难推导出另一个著名的效应--钟慢效应。

同样是张三,在你看来,他从A点到B点,需要2秒钟,但是对他来说,由于宇宙缩短了,所以他从A点到B点,只需要花1秒钟。也就是说,在地球上的你,跟在飞船上的张三,时间流逝的速度是不同的。你的时间过去了2秒钟,他的时间才过去1秒钟。也就是说,速度越快,时间过得越慢。

对于地球上的人来说,光跨越银河系,需要10万年,但对于光来说,由于它的速度是光速,整个宇宙的长度已经变成了0,所以光跨越银河系甚至整个宇宙都不需要花费时间。

由尺缩效应和钟慢效应可知,如果人类科技可以使得飞船的速度接近光速,那么,虽然在地球上看来,飞船跨越银河系仍然需要花费10万年,但对于宇航员来说,由于宇宙已经缩短了,他根本不需要很多时间就已经越过银河系,探索整个宇宙了,不存在需要很多代人的问题。

当然,要接近光速,需要的能量是巨大的,人类目前无法实现,至少我们这一代人实现不了。

希望那一天快点到来。