一个人能用手接住一个以光速向自己飞来的原子吗

一个人用光速的速度奔跑，他的确可以看见自己：但是，这在“广义相对论”体系中，是不可能实现的。谈及人类历史上贡献最伟大的物理学家，坊间一直以来都是争论不休。但是，往往有两个人，不论如何都掉不出这场角逐：

分别是牛顿和爱因斯坦。尤其是爱因斯坦，他对于人类社会所做出的贡献，并不局限于物理层面。爱因斯坦提出的“质能方程式”，也间接让第二次世界大战终结。

同时，他所揭示的“相对论”理论体系，也让牛顿所构建的经典物理几乎荡然无存。在爱因斯坦的理论中，光速是何等超凡的一种伟力，只要物体的运动速度都能达到光速，几乎“无所不能”。

有人曾经提出了这么一种构想，假如一个人以光速的速度不断绕圈奔跑的话，他能不能一边跑着，一边看见过去的自己呢？答案是肯定的。人类接收信息，本来就是通过光的折射；

所以，当我们的运动速度和我们肉眼可以分辨的速度达到一致的话，的确能看见数秒之前的“自己”。这是“狭义相对论”中的洛伦兹变幻定理。不过，这种可能性，是不会存在的。

为什么？因为这彻头彻尾就是个伪命题。“广义相对论”和“狭义相对论”可以屹立不倒的根基是什么？第一，是光速不变；第二，是光速为宇宙中速度的上限。任何有质量的物体，都不可能达到光速。

也就是说，假如我们有朝一日，真正能用“光速转圈奔跑”了，那么代表相对论已经被推翻了；假如相对论被推翻了，那么学术界一定有了天翻地覆的变化，小编说的这一切都不会成立。

所以，这其实就是一个并不存在的伪命题。

如果一个人可以以光速飞行，那么飞了一天，地球上过去多久了呢？

如果一个人以光速飞行10秒钟后再回到地球，他还能见到家人吗？要讨论这个问题，我们需要先来简单了解一下时间与速度的关系。早在1905年，著名物理学家爱因斯坦就在狭义相对论中指出，时间的流逝速度与物体的运动速度密切相关，对于同一个物体而言，它运动的速度越快，经历的时间就越短，这被称为“钟慢效应”。

由于在低速情况下“钟慢效应”所造成时间变化值非常小，以当时的科技水平根本无法测量，因此该理论迟迟无法从实验中得到验证。直到高精度的原子钟的出现，才为验证“钟慢效应”提供了必要的条件，1971年，物理学家理查德.基廷和乔.哈夫勒通过“原子钟飞行实验”（把多个原子钟分别放置在地面以及环绕地球飞行的飞机上，在飞行结束后，对比不同原子钟的读数）首次证实了“钟慢效应”的真实存在，在随后的日子里，该实验经过了多次重复验证，最终得到了科学界的认同。

除此之外，科学家还观测到的一种自然现象也可以当作“钟慢效应”的证据，来自宇宙的高能射线常常会与地球的高层大气作用产生一种名为μ子的粒子，这种粒子是一种非常不稳定的亚原子粒子，其平均寿命仅为2.2微秒，因此它们根本不可能穿过高度超过100公里大气层来到地面，但实际上在地面上却可以探测到很多的μ子。科学家认为，这些μ子之所以能够来到地面，正是因为其高速运动（大约是0.98倍光速）引发的“钟慢效应”所造成的。

事实证明，在100多年前爱因斯坦就准确预言了时间可以变慢，那么他是怎么知道的呢？

自从1887年的“迈克尔逊-莫雷实验”以后，科学家们就逐渐意识到了一个事实，即在同一介质中，光速永远都是一个常数，它不会因为任何参考系的相对运动而改变，而爱因斯坦的相关理论，正是建立在“光速不变原理”的基础上。

为了说明这个问题，我们不妨来做一个思想实验。首先我们需要两个利用光子来计时的光子钟，其计时原理就是通过测量光子在两面互相平行的镜子之间垂直反射的过程来定义时间，定义方式为：时间等于距离除以光速，比如说我们把这两面镜子之间的间隔设计为 0.5 米，那么光子在完成一次上下运动的时间就为 1/c 秒（注：这里的c为光速常量，即299792458米/秒）。

现在我们把一个光子钟放在地面上，并将其称为“光子钟1号”，另一个则放在一艘相对于地球高速运动的宇宙飞船上，并将其称为“光子钟2号”。我们可以得出，在宇宙飞船上的人看来，“光子钟2号”里的光子只是在做上下的垂直运动，但如果以地球作为参照物，那么“光子钟2号”里的光子除了在做上下的垂直运动以外，还会随着宇宙飞船的运动方向有一个额外的运动（如下图所示）。

也就是说从地球上来看，“光子钟2号”里的光子做上下运动的距离增加了，在这种情况下，如果“光子钟2号”里的光子能够叠加宇宙飞船的速度，那么一切都不会改变，但是由于“光速不变原理”，宇宙飞船里的光子并不会叠加宇宙飞船的速度，于是时间变慢的现象就发生了。

具体表现为，在宇宙飞船上的人看来，“光子钟2号”里的光子完成一次上下运动的时间依然是 1/c 秒，而在地球上看来，“光子钟2号”里的光子完成一次上下运动的时间就变成了 1/（c+v）秒（注：这里的v代表宇宙飞船的速度），很明显，与“光子钟1号”所显示的时间相比，“光子钟2号”的时间就变慢了。

根据勾股定律，我们就可以推导出以下的时间变化公式，这就是爱因斯坦所提出的狭义相对论中“钟慢效应”的公式（其中t0为原有时间，v为物体相对于观察者的速度，c为光速）。

有了以上的知识，我们就可以讨论“如果一个人以光速飞行10秒钟后再回到地球，他还能见到家人吗？”这个问题了，聪明的你一定可以看出，根本不用仔细计算我们就可以得出，当上面公式中的v等于光速c的时候，得出的结果就等于零。

这就意味着，不管这个人以光速飞行10秒还是飞行1年，当这个人的速度达到光速的那一瞬间，他的时间相对于地球上的人而言就停止了，在这一瞬间他就变成了永恒，从此再也见不到家人了。

需要指出的是，虽然这个通过“钟慢效应”公式推出的结果是非常令人吃惊的，但是由于在相对论的框架里，由于“质增效应”的存在，对于任何有质量的物体，我们都只能将其加速到无限接近光速，却不能让它们达到光速，更不可能超过光速，所以这样的事情并不会在现实中发生。