如果20歲的宇航員駕駛光速飛船飛行10年，他再回地球時是幾歲

目前，人類的宇宙技術最多隻能讓宇宙飛船的速度加速至109公里/秒，這是美國宇航局（NASA）的帕克號太陽探測器在今年年初飛到太陽的近日點時創下的。未來，當帕克號最靠近太陽時，它的速度將會達到192公里/秒。

不過，這種速度與每秒將近30萬公里的光速相比差得很遠。因此，有關光速運動下的種種現象，大部分情況下只能依賴於思想實驗，這篇文章的提問也是如此。如果20歲的宇航員駕駛光速飛船在宇宙中飛行10年，那麼，當他飛回地球時，他會是多少歲呢？

這個問題的答案並非是簡單的30歲，因為涉及到光速運動，必然就要考慮相對論效應，此時我們的常識將會被顛覆。

根據相對論，為了讓光速相對於所有參照系保持相同，不同參照系的時間和空間就會變得不同。與相對靜止的參照系相比，運動的參照系在空間上會壓縮，在時間上會膨脹，這就是尺縮鐘慢效應，具體的公式如下：

v為運動參照系的速度，c為真空光速，L、T為運動參照系中的觀測者所測出的距離和時間，l、t為相對靜止參照系中的觀測者所測出的距離和時間。

根據上述公式，速度越快，空間壓縮得越多，時間過得越慢。當速度趨近於光速時，空間會趨於無，時間會趨於靜止。那麼，這是否意味着如果速度等於光速，空間壓縮到無，時間變為靜止？

答案是否定的。因為宇宙飛船的靜質量不為零，這意味着其速度不能被加速到光速。也就是説，光速飛船是不存在的，只有低於光速的亞光速飛船。

假設20歲的宇航員乘坐宇宙飛船以光速的99.99%飛行10年，那麼，他回到地球上時會是幾歲？

在討論相對論時，有關時間和空間的參數一定要指明是屬於哪個參照系的。如果飛行10年的時間指的是宇宙飛船上的時間，那麼，宇航員回到地球上時，他的歲數就是30歲。但地球上的時間並不是過去10年，而是707年。因為對於地球參照系，亞光速飛船飛得非常快，時間過得很慢。

另一方面，如果飛行10年的時間是指地球上的時間，那麼，宇航員回到地球上時，他認為時間才過了不到52天。對於宇航員來説，太空飛行的時間不到兩個月，但他回到的是10年之後的地球。

説到這裏，有些人可能會有疑問了，運動是相對的，既然亞光速飛船相對於地球運動，也可以認為地球相對於亞光速飛船運動，那麼，這是否意味着地球上的時間過得比飛船上慢呢？

其實不然。亞光速飛船在飛行過程中並非完全保持勻速，而上述的相對論公式只適用於慣性系，也就是非加速運動的參照系。亞光速飛船在離開地球和返回地球的過程中，需要進行加速和減速。這種加速運動並非相對，而是絕對，所以時間變慢的是亞光速飛船。