以光速飛行，人還會不會變老？

關於速度和時間之間的關係，不少人都會有這樣的疑問：為什麼速度越快，時間就越慢？速度和時間為什麼會有這種必然的聯繫呢？其實關於這種問題，之前的科普文中曾多次提到。今天再用一種通俗的方式與大家探討一下。

簡單講，愛因斯坦的狹義相對論表明了速度與時間之間的關係。但是在狹義相對論體系下，我們是不可能以光速飛行的，只能以無限接近光速的速度飛行。狹義相對論表明，速度越快，時間就越慢，那麼當速度無限接近光速時，時間就趨於停止，這是否意味著我們就不會變老了呢？

當然不會，始終是會變老的。為什麼？所謂的「速度越快，時間就越慢」只是相對而言，也就是說「相對別人，你的時間變慢了」，但是就你自己而言，你本人根本無法感受到時間變慢，無論你的速度有多快，你本人的感受與靜止在地球上並沒有任何差別。

相信大家經常聽到這樣一句話：沒有對比就沒有傷害。所以，只要不與其他事物對比，無論你處於什麼運動狀態，你感覺到自己老去的速度都是一樣的。比如說，你該活 80 歲就只能活 80 歲，你的新陳代謝仍舊照常進行，不會有任何改變。

而只有你與其他人或事物做對比，「傷害」才會出現，你才能感受到自己的時間變慢了，因為你會看到其他人或事物的時間都加快了，就像我們放電影時按下了快進加速鍵一樣。為什麼會這樣呢？為什麼速度會影響時間的流逝快慢呢？這一切都是基於愛因斯坦的狹義相對論，而狹義相對論又是在兩大基本原理的基礎上創建的，這兩個基本原理分別是光速不變原理和狹義相對性原理。

首先來說光速不變原理。這個原理之前說了太多次了。光速不變，並不是指「光速在真空中的速度每秒 30 萬公里」，而是指「真空中的光速，與參照系的選擇以及光源的運動形式無關」。按照麥克斯韋的電磁理論來理解，真空中的光速其實就是電場和磁場交替變換的速度，振盪的磁場產生振盪電場，同時振盪的電場也會產生磁場，如此不斷反覆，形成電磁波。這意味著，電磁波的速度只與真空的屬性有關，與波源沒有關係，與參照系的選擇也沒有關係，其實這種屬性與水波的屬性很相似。

舉個例子，靜止的你打開手電筒，手電筒發出一束光，這束光在我眼裡的速度為光速。接下來你以 0.8 倍光速的速度奔跑，這束光在我眼裡的速度仍舊是光速不變。光速為什麼擁有如此特性？答案是：不知道。我們只是觀察到並在實驗中驗證了光速的這種特性，並不知道為什麼會這樣。說白了，光速不變只是愛因斯坦提出的一個假設，也是公理。接下來就是狹義相對論原理。與光速不變原理不同的是，狹義相對論原理非常符合我們的日常生活經驗，表明任何慣性系都是等價的，物理定律在所有慣性系中都呈現相同的形式。舉個例子就明白了。

靜止和勻速直線運動的參照系被稱為慣性系。在一列勻速直線行駛的火車上，你的感受與靜止在地面上沒有任何不同，任何物理實驗和定律也都是相同的，僅憑自己的感覺，不觀察火車外面的環境，你是不可能知道自己是靜止在地面上，還是在勻速直線行駛的火車上。

愛因斯坦認為任何慣性系都是平權的，等價的，不存在絕對的參照系，也因此否定到了以太這個絕對參照系的存在。也就是說，狹義相對論其實就是建立在以上兩大公設的基礎上推導出來的，這就意味著狹義相對論體系下的所有公式，都與兩大公設有關。同時更意味著只要兩大公設沒有錯，狹義相對論就不可能有錯。但是剛才說了，上述兩大基本原理，其實也可以理解為公設或者公理。公理就無所謂對錯，只要符合我們的日常生活經驗或者實驗的支持就可以了。

一開始為什麼我會說我們的速度無法達到光速呢？本質上還是因為光速不變。根據光速不變，可以推導出狹義相對論中的質增效應公式，速度越快，物體的質量就會越大，當物體的速度無限接近光速時，質量就會無窮大，再想給物體加速就需要無窮多的能量，顯然這是不現實的。

這時候用牛頓第二運動定律 F=ma 來理解就不合適了，畢竟這個公式中的 m 是衡量，因此只要不斷給物體施加一個力，物體就會獲得加速度。但其實物體的質量會隨著速度的增加而變大，意味著施加物體的力必須足夠大才能讓物體持續獲得加速度，現實中我們完全無法做到這點。

而速度越快時間就越慢，其實也是狹義相對論體系下的時間膨脹效應或者鍾慢效應。那麼，時間到底會膨脹多少呢？根據光速不變原理，可以推導出時間膨脹公式，推導過程其實並不複雜，甚至只需要國中數學水準就可以做到，之前的科普文中有推導過，這裡就不再詳述了。

時間膨脹，並不是說「自己的時間膨脹了」，剛才也講了，是「相對別的參照系而言，自己的時間相對膨脹了」。其實，每個人都擁有自己的原時，何為原時？通俗理解就是「裝在自己口袋裡的鐘錶顯示的時間」。每個人都只需要為自己的原時負責，別人的原時與自己沒有任何關係，除非你們處在同一個參照系下，這樣你們就擁有同樣的原時了，否則的話不同參照系下原時的對比其實是沒有意義的。

最明顯，被提到最多的例子就是「雙胞胎悖論」，相信很多人早就聽說過了，之前也多次提到過，這裡再強調一點。弟弟待在地球上，哥哥乘坐飛船以亞光速飛行，離開地球。飛行一段時間後，哥哥重返地球，此時哥哥和弟弟誰更年輕呢？

答案是，哥哥更年輕。原因就是哥哥以亞光速飛行，時間相對弟弟會變慢，當然更年輕了。但問題就在於，由於速度是相對的，在弟弟眼裡，哥哥以亞光速飛行。但在哥哥眼裡，弟弟同樣在以亞光速遠離自己。也就是說，在弟弟眼裡，哥哥的時間變慢了。而在哥哥眼裡，弟弟的時間同樣變慢了。這是不是矛盾了呢？

當然不是。再回過頭來看看我剛才強調的「原時」的定義：每個人都只需要為自己的原時負責。在弟弟和哥哥眼裡，對方的時間確實都變慢了，但這本身是不矛盾的，為什麼？因為無論是弟弟還是哥哥，都是在各自的參照系下衡量對方時間的，兩者的對比本身就沒有任何意義，他們看到對方時間在變慢也不會對各自有任何影響，但是哥哥和弟弟感受到的原時的流逝速度一定是一樣的。

舉個例子，弟弟打個噴嚏需要大約 3 秒鐘，哥哥打個噴嚏同樣也需要大約 3 秒鐘。只是弟弟和哥哥看到對方打噴嚏的時間不是 3 秒，可能是 3 分鐘甚至更長時間，具體時間取決於兩人的相對速度到底有多快。還有，比如說 5000 光年外有一個黑洞，黑洞附近的行星上生活著一群外星人，由於黑洞引力巨大，會造成外星人的時間流逝速度變慢，但這有什麼關係呢？

對於人類來講，外星人的時間確實變慢了，但這種變慢對於人類來講毫無意義，外星人本身是不可能感受到時間變慢的。假設外星人與人類擁有相似的新陳代謝速度，外星人也會感覺到自己大概活到 80 歲後就死亡了，這點與人類沒有什麼不同。

不過外星人經歷的 80 年時間裡，地球時間可能過去了幾千年，但這幾千年對於外星人來講同樣沒有任何意義，他們不可能親身感受到這幾千年來的人類滄桑變化，對於他們來講，地球的幾千年，就像是剛才所講的「快進的電影畫面」一樣。

還是那句話，人類和外星人都擁有自己的原時。除非某一天外星人突然來到地球，才能真正感受到自己的時間變慢了。其實這就像著名科幻電影《星際穿越》裡面的男主人公，在黑洞附近逗留了幾小時，地球已經過去了幾十年，男主人公的女兒都成了老太太，而男主人公仍舊年輕。

所謂的「速度越快，時間就越慢」或者說「光速飛行，時間停止」，其實只是「相對而言」。說白了，如果只有你自己，沒有其他參照物，無論如何你都感受不到時間膨脹效應，你該活多少歲就會活多少歲，基本上也只有不到百年的壽命而已，夢想著「光速飛行，就不會變老」是不現實的，無論如何飛行，你的新陳代謝是不會停止的。

假設新陳代謝真的停止了，別說「不會變老」了，你將因此而死去，沒有新陳代謝了，你還怎麼活？即使真的能活下去，你也不再是你，起碼不可能是生命了，而是像石頭一樣的東西！