一光年是一個(gè)很大的距離，雖然光年是宇宙中基本的距離單位，但是對(duì)于人類來說，一光年之外的地方卻是可望不可即，因?yàn)槿祟愃�能夠運(yùn)動(dòng)的最快速度相對(duì)于光速來說簡直是蝸牛之于火箭。

一光年的距離究竟有多遠(yuǎn)呢？簡單來計(jì)算一下，光在真空沿直線傳播的速度為30萬公里每秒，那么一年的時(shí)間，光可以走9.64萬億公里。這是一個(gè)什么概念？日地距離為1.5億公里，光從太陽表面?zhèn)鞑サ降厍蛏闲枰�的時(shí)間是500秒，地球和月球的距離為38萬公里，那么光從地球傳播到月球上需要的時(shí)間就是1.3秒。

比鄰星，是距離太陽最近的恒星，它與地球的距離為4.22光年，這意味著哪怕是以光速飛行，從地球到比鄰星，也需要4.22年的時(shí)間。美國于1977年發(fā)射了旅行者一號(hào)空間探測器，經(jīng)過了40余年的飛行，旅行者一號(hào)目前已經(jīng)飛出了太陽系，它的目標(biāo)是比鄰星，但是等到它飛到比鄰星，那也是幾萬年之后的事了。

一光年的確是很難跨越的一個(gè)距離，假設(shè)此時(shí)有一個(gè)人以時(shí)速100公里駕駛著一輛汽車從地球到太陽，那么他需要的時(shí)間就是150萬小時(shí)，也就是171年，那么如果距離進(jìn)一步擴(kuò)大到一光年的話，那么需要的時(shí)間就是1079萬年，這簡直就是一個(gè)天文數(shù)字，對(duì)于人類來說，壽命頂多不過百余年，所以說，如果速度不夠快的話，人類很難走出太陽系到達(dá)另一個(gè)恒星系。

但是呢，光速雖然快，那也是有限的，所以這就意味著光的傳播是有速度的也是需要時(shí)間的，但是實(shí)際上這個(gè)時(shí)間是相對(duì)于人類來說的，對(duì)于以光速運(yùn)動(dòng)的光子來說，它們是沒有時(shí)間概念的，這是根據(jù)愛因斯坦的狹義相對(duì)論推導(dǎo)出來的結(jié)論，根據(jù)狹義相對(duì)論，當(dāng)一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的速度越來越快的時(shí)候，時(shí)間相對(duì)于它來說就變得越來越慢，當(dāng)速度達(dá)到光速的時(shí)候，時(shí)間相對(duì)于它來說就是停止了，所以，一光年距離對(duì)于光子來說可能需要一年的時(shí)間走完，有可能僅僅一瞬間就可以完成，不過時(shí)間的長短對(duì)于光子來說沒有區(qū)別。

對(duì)于光速和光速（亞光速）運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的時(shí)間膨脹問題，不少人總是會(huì)不由自主地陷入到泥潭中不能自拔，其實(shí)多半是參照系的出現(xiàn)了混亂，在不同參照系的來回變化中徹底蒙了，得出了很多看似“矛盾”的結(jié)果。

就好比問題的“光年”問題，首先要明白什么是光速，光速不就是光的速度嗎？確實(shí)是，但我們還要明白光速不需要參照系，或者在任何參照系下任何運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都是光速本身，光速是一個(gè)常數(shù)，就好像一個(gè)衡量宇宙其他速度和空間的標(biāo)準(zhǔn)尺度一樣，是恒定的。

這個(gè)恒定值就是30萬公里每秒（真空中），準(zhǔn)確地?cái)?shù)字是為299,792,458米每秒。

明白了這點(diǎn)，再了解光年的概念。光年概念也很簡單：光飛行一年的距離。但注意這里的“一年”，這個(gè)時(shí)間是在人類眼里的一年，并不是光本身飛行的時(shí)間。

事實(shí)上對(duì)于光本身而言，無所謂時(shí)間的概念，也可以認(rèn)為不需要任何時(shí)間，對(duì)于光本身來說可以瞬間穿越任意遠(yuǎn)的距離（不要以你自己為參照系去思考這個(gè)問題）。

就好像不少人經(jīng)常假設(shè)一個(gè)人在光速飛船上飛行，如果飛船真的能達(dá)到光速，飛船飛到任何地方都不需要時(shí)間（在飛船的人眼里）。但對(duì)于地球上的人類來說，這艘飛船仍舊以光速（30萬公里每秒）飛行，飛行一光年仍舊需要一年！

說白了，這就是愛因斯坦相對(duì)論中的時(shí)間膨脹和尺縮效應(yīng)，也可以認(rèn)為是“同時(shí)的相對(duì)性”：在一個(gè)參考系中同時(shí)發(fā)生的兩件事件，在另一個(gè)參考系看來是不同時(shí)的。

最后強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：一定弄清楚參照系的選擇問題，在不同的參照系下討論事件的發(fā)生情況以及對(duì)錯(cuò)是沒有意義的。

先說答案：一光年的距離，光的確不需要走一年。因?yàn)楣獠恍枰�任何時(shí)間，別說一光年距離，就是整個(gè)可觀測宇宙大小的距離（930億光年），光經(jīng)過也不需要一點(diǎn)時(shí)間。光是時(shí)空脫離的界限，因此不再需要時(shí)間。

物體只有在還沒有達(dá)到光速的時(shí)候，其時(shí)間流逝才會(huì)有變慢的問題，這是狹義相對(duì)論的時(shí)間膨脹效應(yīng)。如果物質(zhì)達(dá)到光速，物質(zhì)就成為光了。而光是沒有時(shí)間的，所以物質(zhì)在光速下不是時(shí)間流逝會(huì)變慢，而是壓根沒有時(shí)間。但問題是靜質(zhì)量不為0的物質(zhì)是不可能達(dá)到光速的。這由狹義相對(duì)論的質(zhì)量效應(yīng)公式可以看出：

（其中m為物體的質(zhì)量，m0為物體的靜質(zhì)量，Ⅴ為物體的運(yùn)動(dòng)速度，c為光速），當(dāng)V→c時(shí)，分母→0，則m→+∞，也就是說當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度趨向于光速時(shí)，物體的質(zhì)量會(huì)趨向于無窮大。如果宇宙是有限的，那全宇宙的能量都不夠推動(dòng)這個(gè)物體的。當(dāng)然這個(gè)結(jié)論是基于光速不變原理得出的，即光速對(duì)于任何參考系都是個(gè)常數(shù)。光速是個(gè)常數(shù)在理論上是來自于麥克斯韋的聯(lián)立方程組的推導(dǎo)，在實(shí)踐上和觀測上也屢屢被證實(shí)。比如在大型對(duì)撞機(jī)上，無論對(duì)粒子用多大能量加速，粒子總也達(dá)不到光速。這就是光速限制原理。

好了，扯的遠(yuǎn)了，說這么多，是因?yàn)轭}主在描述中說到人在光速飛船過一年和地球過一年不同的問題。通過上面所說可知，飛船是不可能達(dá)到光速的，還是那句話：如果飛船達(dá)到光速了，人在飛船里面也是光速了，人和飛船都成為光了，他們不再有時(shí)間，因此是沒有什么“一年”的問題。不要認(rèn)為飛船達(dá)到光速了，而人相對(duì)光速是靜止的，所以人該怎么過就怎么過，照常有時(shí)間，照常吃喝過一年。

錯(cuò)了，不是這樣的

人如果在光速飛船里，人和飛船一起脫離時(shí)空，沒有什么相對(duì)絕對(duì)這一套了。愛因斯坦常說人如果達(dá)到光速，光對(duì)于人是什么樣？連他也想知道，可見這個(gè)問題超過相對(duì)論的適用范圍。就像“光對(duì)于人是光速，根據(jù)相對(duì)性，那人對(duì)于光是不是也是光速？”這個(gè)問題一樣，在這里相對(duì)性是不管用的，因?yàn)檫@已經(jīng)超越我們這個(gè)宇宙時(shí)空了。

這個(gè)問題到這兒應(yīng)該是回答完了：一方面回答了不可能達(dá)到光速，不存在光速飛船。另一方面回答了假如真達(dá)到了會(huì)是怎樣的問題――不需要走一年。但人不會(huì)滿足獵奇心，那下面我們就引申一下，來談?wù)剚喒馑俚那闆r，這是現(xiàn)實(shí)能達(dá)到且更令人神往的。

人只有在亞光速飛船才有時(shí)間，才有過了一年的問題，但在亞光速飛船里的一年和在地球上過一年，對(duì)于人的體驗(yàn)感覺是一樣長的。不同的是時(shí)間的相對(duì)性和同時(shí)的相對(duì)性：在不同參考系對(duì)同一觀察對(duì)像時(shí)間的觀察結(jié)果是不一樣的。比如說，人乘坐亞光速飛船到半人馬座的阿爾法恒星系，這個(gè)三星系統(tǒng)其中的比鄰星距離我們地球只有4光年多一點(diǎn)。飛船以極為接近光的速度（光速是不可能達(dá)到的）飛往阿爾法星。在地球上的觀察者看來，地球和阿爾法星是靜止的，而飛船用了4年多的時(shí)間走了4光年的距離到了阿爾法星；但在近光速飛船的太空人看來，地球和阿爾法星都是運(yùn)動(dòng)的，地球在離飛船而去，阿爾法星向飛船而來，到阿爾發(fā)星的距離沒有4光年，用了不到4年的時(shí)間到了阿爾發(fā)星。這一切都是真實(shí)的，這個(gè)飛船越接近光速，飛船用的時(shí)間越短，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于4年的時(shí)間就到達(dá)阿爾法星了（由于本文不涉及空間距離，在這里就不列舉尺縮效應(yīng)公式，至于時(shí)間膨脹公式將在下面列出）。
這里面有一個(gè)問題就是，地球人盡管測得距離阿爾法星是4光年，飛船也飛了4年多，但這是地球時(shí)間，地球觀察者觀察到飛船上的鐘表時(shí)間變慢了（只要能看到），飛船上的太空人動(dòng)作非常慢，飛船長度也變短了。而另一方面太空人認(rèn)為自己的時(shí)間并沒有變慢，相反，他觀察到地球的時(shí)間變慢了，地球的觀察者在運(yùn)動(dòng)方向上變短了。太空人認(rèn)為自己用了不到4年的時(shí)間到了阿爾法星，那地球上的時(shí)間會(huì)過的更少。也就是說兩個(gè)不同參考系的觀察者相互的觀察結(jié)果是相對(duì)的，地面的觀察者看到亞光速飛船的人的時(shí)間流逝的很慢，同樣飛船里的人觀察到地面的時(shí)間流逝的也很慢。這就是“時(shí)間佯謬”，也叫雙生子佯謬。這是怎么回事兒？這不和上面說的矛盾了嗎？不，當(dāng)然只要這個(gè)亞光速飛船一直勻速直線運(yùn)動(dòng)下去，不再返回地球，那飛船和地面的“一年”是“一樣”的。

但如果飛船又通過減速加速返回地球，那飛船的時(shí)間就真的比地球的時(shí)間膨脹多了，過的慢多了。這是因?yàn)橥ㄟ^加速和減速，飛船進(jìn)入了不同的參考系而真正改變了時(shí)間。飛船上過“一年”地球上真的過了N個(gè)年。雙生子中當(dāng)宇航員的哥哥回到地球真要比弟弟年輕的多了。這個(gè)N隨飛船速度越趨近光速而 越大。具體有個(gè)公式：

其中t′為地球時(shí)間，t為飛船時(shí)間，V為飛船速度，c是光速。由式中可以看出，V→c時(shí)，分母→0，t′→+∞，也就是說飛船越接光速，飛船上即使過很少的時(shí)間，地球也會(huì)過相當(dāng)長的時(shí)間，下面簡單說幾個(gè)速度的情況：當(dāng)t=1年，V=0.99c時(shí)，t′≈7.089年。當(dāng)V=0.999999c時(shí)，t′≈707年�！�…有興趣的可以繼續(xù)算。這個(gè)公式反過來用也行，用t′來計(jì)算t，就是用地球時(shí)間t′來計(jì)算飛船t的時(shí)間，就能算出上面乘近光速飛船用了多少時(shí)間到阿爾法星。

不過不管飛船和地球差多少年，不同參考系觀察者對(duì)時(shí)間的感覺（意識(shí)時(shí)間）是一樣的，而對(duì)時(shí)間流逝速度（真正的物質(zhì)時(shí)間）是感覺不到的。

一光年的距離光需要走一年嗎？答案是：這個(gè)說法既不對(duì)也對(duì)。

“光年”這個(gè)單位中雖然帶了一個(gè)“年”字，但是這個(gè)單位不是時(shí)間單位，而是距離單位，意思是真空中光走一年時(shí)間所走過的距離。類似的還有光秒、光分等等，代表光走一秒鐘走過的距離和一分鐘走過的距離【如下圖所示】。

那么為什么人們偏偏要?jiǎng)?chuàng)造出來“光年”這個(gè)距離單位呢？我只要說一個(gè)例子大家就能夠明白了。

比如說一個(gè)小區(qū)在宣傳小區(qū)地理位置優(yōu)越的時(shí)候，往往不會(huì)說這個(gè)小區(qū)距離市中心多少多少公里，而是會(huì)說，小區(qū)距離市中心20分鐘車程。這么一說，這個(gè)距離的概念立刻就變得比較直觀了。

光年也是一樣的道理。宇宙中目前速度最快的就是光了，用光速來作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衡量距離是非常直觀的，所以“光年”被創(chuàng)造出來就是這么一個(gè)原因。

那么光走過一光年的距離真的需要一年的時(shí)間嗎？實(shí)際上不是的。

首先，光速跟介質(zhì)有關(guān)，在不同的介質(zhì)中，光速傳播的速度不一樣。比如說光速在水中的速度就要比光在真空中的速度慢很多。所以如果在水中光要走一光年的距離需要超過一年的時(shí)間。

其次，宇宙本身是在不斷膨脹的【如下圖所示】，就好像一只螞蟻在一個(gè)不斷膨脹的氣球上爬行一樣，爬過兩點(diǎn)之間所需要的時(shí)間除了要考慮螞蟻本身的速度和兩點(diǎn)之間的距離，還要考慮氣球本身的膨脹。

但是，說光走過一光年的距離需要一年的時(shí)間又是正確的。

因?yàn)橛钪嬷械慕^大部分空間都是真空，所以光速就是真空光速。而且雖然宇宙是在膨脹之中，但是除非是相隔距離幾十億、一兩百億光年那么遠(yuǎn)，否則宇宙膨脹對(duì)光運(yùn)行時(shí)間的影響是微乎其微的。

簡單說，雖然從理論上講，光走一光年的時(shí)間不是剛剛好一年的時(shí)間，需要考慮很多的因素，但是從實(shí)際角度上說，在絕大部分時(shí)候我們都可以近似認(rèn)為光走一光年的距離就是需要一年的時(shí)間。

光年是一個(gè)天文學(xué)概念，有這嚴(yán)格的定義。我們看下光年的定義：

光在宇宙真空中走一年的距離即為光年。

那么，看了定義就簡單明了了，光年雖然帶了個(gè)“年”字，但是卻是很明顯的距離單位，而且是一個(gè)可以計(jì)算的定值：即光速乘以1年，因?yàn)檎婵展馑贋?99,792,458米（準(zhǔn)確值），所以一光年等于9460730472580800米，即9.46*10^12千米。這是一個(gè)非常大的數(shù)字，達(dá)到我們無法想象。要知道地球和太陽的距離也才8光分，比1光年要小394.2萬倍。而天文學(xué)家之所以創(chuàng)造光年這個(gè)距離單位，就是因?yàn)樵谟钪嬷�，星系直接的距離太過于遙遠(yuǎn)。如果還是用千米作為單位，那么書寫將會(huì)極其復(fù)雜。所以，使用光年后，可以極大地簡略宇宙空間距離的書寫。比如距離我們最近的比鄰星，如果寫成千米，是一個(gè)16位數(shù)，計(jì)算機(jī)都已經(jīng)無法完全算出精確的數(shù)值了。但是，使用光年，則可以直接寫成4.22光年。

當(dāng)然了，在我們眼中光年已經(jīng)很大了。但是在天文學(xué)家的眼中，光年還是不夠大。有一種單位，比光年好大。他就是秒差距，一個(gè)秒差距是3.2616光年。而秒差距之上則是千秒差距，萬秒差距，百萬秒差距等。這些我們平常根本用不到的距離單位，全部都是為天文學(xué)精心打造的。這次數(shù)字只能夠說明我們的宇宙實(shí)在是太過于浩瀚。我們?nèi)祟惥拖袷俏⑸�物一樣，小的沒有邊界。

天文學(xué)中的距離單位是分場合使用的，在太陽系內(nèi)表示距離一般用“天文單位”，一個(gè)天文單位是1.5億千米，也就是地球和太陽的平均距離。而“光年”只有在表示恒星和恒星間距的情況下才會(huì)使用，就像比鄰星距離我們4.22光年一樣。

“光年”中雖然帶了一個(gè)“年”字，但它的定義卻是“光在真空中飛行一年的距離”，因此光年其實(shí)是一個(gè)距離單位而非時(shí)間單位，一光年的具體數(shù)值為94605億千米，在地球上的我們看到系外恒星都是它們幾年甚至幾十年前的模樣。

愛因斯坦狹義相對(duì)論中的時(shí)間膨脹效應(yīng)告訴我們越接近光速運(yùn)動(dòng)的物體，時(shí)間對(duì)它來說就越慢，而光子作為宇宙中唯一能夠以光速運(yùn)動(dòng)的粒子，如果它有思想的話就會(huì)感覺到自己是瞬間到達(dá)了一光年外的地方，但是低光速運(yùn)動(dòng)下的我們卻感覺光子用一年時(shí)間才飛完一光年的距離。

不同參考系下的觀測結(jié)果都是不同的，我們?nèi)祟惐旧硖幱诘凸馑龠\(yùn)動(dòng)之中。如果未來發(fā)明出可以無限接近光速的曲率驅(qū)動(dòng)飛船，駕駛員飛行一天地球上可能就會(huì)因?yàn)闀r(shí)間膨脹效應(yīng)而過去一年甚至更久。

駕駛員回到地球后會(huì)感覺自己只過了一天時(shí)間而已，但低光速的地球上已經(jīng)過去了整整一年，這就是由接近光速時(shí)的時(shí)間膨脹帶來的后果。因此對(duì)于真正達(dá)到光速的光子來說，一光年的距離在它的感覺中是瞬間完成的。

這個(gè)問題涵蓋的信息較大，且不同的介質(zhì)條件下光的傳播速度是不一樣的，需要拆分進(jìn)行回答。

從定義來講，光年是根據(jù)光速和時(shí)間計(jì)算出來的長度單位，籠統(tǒng)的說一光年就是光在宇宙真空中沿直線傳播一年所穿越的總里程，根據(jù)計(jì)算一年有60*60*24*365=31536000秒，而光在真空中的傳播速度約為300000km/秒，二者相乘可求得一光年約等于9460800000000千米。

因此題中所說的光年是距離單位和一光年的距離光需要走一年這兩個(gè)問題如果放在宇宙空間里都是對(duì)的，且雖然宇宙空間并非絕對(duì)的真空，但也是無限接近于真空（如月球表面已經(jīng)是超高真空），因此對(duì)光的傳播影響十分微弱，可以忽略不計(jì)。而且通過以上數(shù)值的計(jì)算，我們可以得出一個(gè)結(jié)果，就是光年前面的數(shù)值越大，其距離越遠(yuǎn)，比如地球到室女座本超星系團(tuán)中的M87黑洞的距離約為5500萬光年，它要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地球到銀河系中心距離的約2.6萬光年，大約是2115.4倍。

由于光是宇宙中已知的傳播速度最快的，且光年代表的實(shí)際距離足夠遠(yuǎn)而數(shù)值相對(duì)較小，便于統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，因此被作為計(jì)量天體距離的常用單位，此外天文單位、秒差距等也是常用的計(jì)量天體距離的單位之一。

前面講到了光年所表示的距離是在真空環(huán)境下得出的，但這并不能反推出億光年的距離光需要走一年這個(gè)結(jié)果，前者是后者的充分不必要條件。比如光在水中或在玻璃等透明物質(zhì)中的傳播速度要明顯小于在真空中傳播的速度。

不過，光年已經(jīng)是一個(gè)定值約為9.461萬億千米，它就與一天文單位最早是等同于從地月系質(zhì)心到太陽的平均距離一樣，是人為定義的，即1天文單位等于149597870700米，不再是一個(gè)隨著地月系質(zhì)心到太陽平均距離的變化而變化，這樣更有利于科學(xué)研究，因此也沒必要抬杠說考慮到宇宙膨脹、地球自轉(zhuǎn)速度減慢什么的，因?yàn)檎娴臎]有必要。

要是達(dá)到光速的話時(shí)間就會(huì)停止，假如說你坐在一個(gè)飛行器上以光速的速度向太空行駛，你行駛一年的時(shí)間（地球上記錄的時(shí)間）你行駛的距離就是一光年的路程，然后你再以光速重返地球（還是地球上記錄的時(shí)間）回到地球后你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的時(shí)間還是兩年前你離開地球的時(shí)間也就是說你穿越到了兩年以后！既然說達(dá)到光速以后時(shí)間就會(huì)停止只是誰的速度達(dá)到光速誰的時(shí)間就停止，你想要達(dá)到一光年距離的地方只能是以穿越的形式到達(dá)一年后的那個(gè)地方！

個(gè)人淺顯的理解是光年是一個(gè)時(shí)空概念。既從物理空間上看，一光年就是光束從一點(diǎn)起始，以光的速度（每秒30多萬公里）用時(shí)一年時(shí)間（多少秒自己計(jì)算）所通過的距離。另一方面，光年是一個(gè)天文學(xué)計(jì)量單位。如何理解：因?yàn)橛钪婵臻g巨大無限，例如從地球到某個(gè)人類已探知的行星，空間距離遙遠(yuǎn)，從地球發(fā)射宇宙探測器，用已知的宇宙速度飛行，可能到達(dá)那個(gè)行星需要幾百萬年甚至上億年（地球時(shí)間概念下的年）。用光速到達(dá)用時(shí)，也就可能是幾光年，用于簡單準(zhǔn)確計(jì)時(shí)更有效科學(xué)。此時(shí)的年光就是表時(shí)間的概念�？偨Y(jié)：第一個(gè)光年表示距離概念，第二個(gè)光年表示時(shí)間概念。宇宙空間無限，所以把光年理解為時(shí)間與距離的二維空間結(jié)合體更易理解“時(shí)空”概念了。

光年是光走一年的距離，是距離單位。但是，一光年的距離光真的需要走一年嗎？

隨著人類深空探測技術(shù)的日益進(jìn)步，我們所了解的宇宙，無論是從空間尺度上，還是具體細(xì)節(jié)上都與100多年前不可同日而語。但是，我們?nèi)祟惸軌蛑簧碛H赴體驗(yàn)的宇宙環(huán)境，目前來看還只涉足到月球，而我們的航天器的最高速度，距離光速也還相差甚遠(yuǎn)，我們?nèi)祟惖淖阚E、即使是飛出最遠(yuǎn)的旅行者號(hào)探測器走過的距離，與可觀測宇宙的尺度相比，簡直不值一提，因此應(yīng)用光速飛行一直以來都是人類的一個(gè)夢想。那么，如果我們坐在光速飛船里，是否一光年的距離也需要走上一年呢？

要回答這個(gè)問題，我們得先了解一下狹義相對(duì)論關(guān)于時(shí)空變換的基本前提假設(shè)和相關(guān)推論結(jié)果。

狹義相對(duì)論的基本前提假設(shè)

牛頓在提出經(jīng)典力學(xué)及基本的時(shí)空觀之后，物理學(xué)領(lǐng)域迎來一次質(zhì)的飛躍，奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基石，牛頓提出的經(jīng)典力學(xué)，反映了物體在低速狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是一種絕對(duì)的時(shí)空觀，認(rèn)為時(shí)間和空間是兩個(gè)絕對(duì)獨(dú)立的物理體系，時(shí)間與空間的衡量與慣性參照系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有關(guān)系。然而，在應(yīng)用牛頓經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀來進(jìn)行電動(dòng)力學(xué)討論時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過伽利略變換得出的麥克斯韋方程以及在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的系列方程，在不同的慣性參照系中的表達(dá)形式發(fā)生了差異，而這又是絕對(duì)時(shí)空觀所不能解決的問題。

于是，在上世紀(jì)20年代，愛因斯坦提出了狹義相對(duì)論的理論，認(rèn)為時(shí)空不再是兩個(gè)單獨(dú)存在的物理量，而是統(tǒng)一的整體，它們都與物體的運(yùn)動(dòng)有直接關(guān)系，而且會(huì)隨著物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而發(fā)生改變。狹義相對(duì)論有兩個(gè)基本前提假設(shè)：

• 一是相對(duì)性原理，即在所有的慣性參照系中，各種物理定律都具有相同的表達(dá)形式。

• 二是光速不變原理，即在一切慣性參照系中，光在真空中的傳播速度都是一個(gè)恒定值，與光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及觀察者本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。
  

對(duì)于第二個(gè)前提，有的人可能不太理解，比如提到兩條相向而行的光線，在其中一條光線上看第二條光線，其相對(duì)速度認(rèn)為是兩部光速，其實(shí)這是不正確的。因?yàn)樵谙鄬?duì)論體系之下，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度較低，可以應(yīng)用伽利略變換求得相對(duì)速度，而當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度很快時(shí)，則需要運(yùn)用洛化茲變換（伽利略變換是物體在低速狀態(tài)下的特殊情況）來進(jìn)行推導(dǎo)，推導(dǎo)出來的公式為：v=(v'+u)/(1+v'*u/c^2)，其中v'和u分別是兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)參照系內(nèi)物體的移動(dòng)速度，v為疊加后的相對(duì)速度。通過這個(gè)公式我們可以看出，即使兩個(gè)相向而行的物體移動(dòng)速度都是光速c，那么疊加后的速度仍然是c，這就是光速不變原理。

狹義相對(duì)論推導(dǎo)出來的幾個(gè)結(jié)論

在狹義相對(duì)論體系之下，物體的運(yùn)動(dòng)成為主宰時(shí)空變化的重要因素，而運(yùn)動(dòng)是物體的本質(zhì)屬性，不會(huì)脫離慣性參照系而單獨(dú)存在。通過洛侖茲變換，可以將狹義相對(duì)論中的物體質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度、時(shí)間變化、空間距離變化等諸多要素，在不同的慣性參照系內(nèi)加以相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換，從而為揭示物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供了豐富的理論依據(jù)。

• 質(zhì)量和速度之間的相對(duì)關(guān)系。在狹義相對(duì)論體系下，物體擁有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，其和靜止質(zhì)量之間的關(guān)系表達(dá)式為：m=m0/√（1- v^2/c^2），其中m為物體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，m0為物體的靜止質(zhì)量。從公式中可以看出，由于c是光速常量，m0為物體的靜止質(zhì)量，也是一個(gè)固定值，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度越快，其運(yùn)動(dòng)質(zhì)量m0的值也會(huì)越大，而且速度的增長越快，其對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的變化幅度也會(huì)越明顯。當(dāng)速度達(dá)到光速時(shí)，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量就會(huì)接近無窮大。而根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，物體加速所需要的能量E=m*c^2－m0*c^2也會(huì)變得無窮大，顯然這是無法實(shí)現(xiàn)的，因此，從相對(duì)論理論下推導(dǎo)出來的一個(gè)重要結(jié)論就是：物體的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)速度的加大而提高，但有靜止質(zhì)量的物體，其運(yùn)動(dòng)速度永遠(yuǎn)不能加速到光速。所以，只是要在狹義相對(duì)論體系之下，宇宙飛船擁有靜止質(zhì)量，我們無法將乘坐宇宙飛船加速到光速，所以運(yùn)用光速旅行這個(gè)愿望一下子就被澆滅了。

• 空間距離和速度之間的相對(duì)關(guān)系。在狹義相對(duì)論體系下，物體所通過的距離與速度也有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，其表達(dá)式為：L＝L'*(1-(v^2/c^2))^(1/2)，其中L'為在靜止參照系下所觀測到的物體經(jīng)過的距離，L為在運(yùn)動(dòng)參照系內(nèi)觀測到的物體移動(dòng)的距離。從這個(gè)公式可以看出，物體的運(yùn)動(dòng)速度越快，其在運(yùn)動(dòng)參照系內(nèi)觀測到的移動(dòng)距離值就會(huì)越小，這就是“尺縮效應(yīng)”。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速時(shí)，從運(yùn)動(dòng)物體本身所在的參照系內(nèi)觀測，其實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的距離就會(huì)變?yōu)?。

• 運(yùn)動(dòng)時(shí)間和速度之間的相對(duì)關(guān)系。在狹義相對(duì)論體系下，物體運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間與速度也有相應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，其表達(dá)式為：T＝T'*(1-(v^2/c^2))^(1/2)，其中T'為在靜止參照系下所觀測到的物體運(yùn)動(dòng)經(jīng)歷的時(shí)間，L為在運(yùn)動(dòng)參照系內(nèi)觀測到的物體經(jīng)歷的時(shí)間。從中我們可以看出，物體的運(yùn)動(dòng)速度越快，其在運(yùn)動(dòng)參照系內(nèi)所觀測到的由于物體運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間就會(huì)越短，科學(xué)家們將其稱之為“鐘慢效應(yīng)”，也就是說從靜止參照系來進(jìn)行觀測，高速運(yùn)動(dòng)物體上的鐘表時(shí)間就會(huì)減慢，相當(dāng)于我們看到的是慢動(dòng)作。而當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速時(shí)，在運(yùn)動(dòng)參照系內(nèi)看時(shí)間的流逝，是處于停滯不前的狀態(tài)的。

總結(jié)一下

通過光速進(jìn)行旅行的確是一件讓人心馳神往的事情，而通過狹義相對(duì)論及其推導(dǎo)結(jié)論，我們可以看出，如果可以達(dá)到光速，那么在以光速運(yùn)行的參照系內(nèi)，按照尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)的原是，可以看出其不需要任何時(shí)間就可以到達(dá)任意遠(yuǎn)的地方，無論是1光年還是幾百億光年，都是瞬間到達(dá)的，只不過從地球這個(gè)靜止的參照系內(nèi)來看的話，光線還是需要相應(yīng)的1年或者幾百億年。另外，由于光線是由光子所組成，光子不具備靜止質(zhì)量，因此可以達(dá)到光速，而任何有靜止質(zhì)量的物體，都不可能被加速到光速，因此純粹的光速旅行在現(xiàn)有物體理論體系內(nèi)是不可能實(shí)現(xiàn)的，只能實(shí)現(xiàn)高能量輸入下的亞光速飛行，那么在亞光速之下，即使從運(yùn)動(dòng)物體參照系的角度來看，其運(yùn)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生時(shí)間差和距離差。比如在0.99倍光速下，到達(dá)1光年之外，在亞光速參照系下所需要的時(shí)間也得需要0.14年左右；而在0.999倍光速下，到達(dá)1光年之外所需的時(shí)間可以縮短到0.045年。