相对论“时间膨胀”表明速度越快时间越慢,膨胀的到底是什么?

宇宙时空探索 2024-02-04 18:52:30

爱因斯坦的狭义相对论自1905年诞生以来,经历了一百多年的风风雨雨,如今仍旧屹立不倒,被越来越多的实验证据支撑,也因此成为了现代物理学大厦的两大基石之一(另一大基石是量子力学)。

狭义相对论是在两个假设的基础上提出来的,这两大假设分别是:光速不变原理和狭义相对性原理。有了这两大假设,就可以推导出狭义相对论中的所有基本公式,其中就有时间膨胀效应公式。

时间膨胀,顾名思义就是“时间变慢了”,具体来讲就是“速度越快,时间就越慢”。爱因斯坦告诉我们时间并不是绝对的,而是相对的,不断变化的,也因此推翻了牛顿力学体系下的绝对时空观。

狭义相对论告诉我们,在不同的惯性系下,时间流逝的速度是不一样的。最通俗的例子就是,我们地球上每个人的时间流逝速度其实都是不一样的,只不过差异微乎其微,我们根本察觉不到,也不会对我们日常生活带来任何影响,所以在我们的固有思维里,还会认为时间是绝对的。

时间膨胀可以分为两种,速度可以引发时间膨胀,而引力同样可以引发时间膨胀。

狭义相对论里,速度越快时间就越慢,速度引发的时间膨胀,可以用时间膨胀公式来计算。

而在广义相对论下,引力越大时间就越慢,引力引发的时间膨胀,同样也有一个时间膨胀公式来计算。

速度和引力引发的时间膨胀公式,看上去差别很大,但两者有一个最大的共同点:都包含光速c。显然这说明了光速在时间膨胀中一定起到了非常关键的作用,因此,我们很有必要详细了解一下光的特性。

光,在我们日常生活中无处不在。毫不夸张地讲,人类科学发展史都是围绕光来展开的,这是因为人类观测到的一切,几乎都要依赖光,准确来讲是依赖电磁波。

光的本质是电磁波,我们平时所说的光,指的是可见光,而可见光只是整个电磁波谱中非常狭窄的一部分。而电磁波是一种能量,依靠光子来传递能量。

除了可见光之外,还有波长更长的无线电波,红外线,波长更短的紫外线,X射线,伽马射线等。

虽然光在我们身边无处不在,但直到近代,科学家们才真正开始研究光的具体特点,测量出了光的传播速度,大约为每秒30万公里。

光速,是一个常数,非常重要的常数,任何信息和物体的速度都无法超越这个常数。同时在爱因斯坦的狭义相对论里,把“光速不变”作为一个基本前提,意味着真空中的光速恒定不变。

如何理解光速不变?

简单讲就是,光速与其他任何速度叠加之后,仍旧是保持光速不变。举个例子,即便你是无限接近光速的速度追赶一束光,这束光相对你的速度仍旧是光速。

这里有必要强调一点,光速不变和狭义相对论的关系是,光速不变是因,狭义相对论是“果”。网络上很多人把这种因果关系搞反了,误认为是狭义相对论推导出来的光速不变,其实这种认知是错误的。

说白了,光速不变没有原因,起码目前人类并不知道光速不变的原因,它本身就是假设,也可以认为是公理。假设或者公理就不需要原因。也就是说,科学家其实并不知道“光速不变”的底层逻辑,只是他们发现了“光速不变”这个事实确实存在而已。

一个看起来简单的光速,却是我们宇宙的“定海神针”!

在我们的宇宙里,万物都在不停地运动,任何物体的运动速度都是可变的,只要选择不同的参照系,物体的运动速度就会发生变化。但唯独光速是特例,光速是绝对的,不管你选择什么样的参照系,光速都保持恒定不变。

所以,我们也可以这样通俗理解光速,光速就像是宇宙的一把通用的“标准尺子”一样,以不变应万变。这把“标准尺子”可以用来衡量宇宙万物的运动规律。

而正是因为光速的这种绝对不变,才会让不同的观察者感受到时间和空间的改变,也就是刚开始所讲的时间膨胀效应,当然还有空间的尺缩效应,这两种效应其实是等价的,同时出现的。

光速限制和光速不变,极大地改变了我们对宇宙的观察。

举个例子,你用天文望远镜观测10光年外的星球,看到的肯定是该星球10年前的模样。但如果你乘坐一艘飞船,这艘飞船的速度非常接近光速,同时假设这艘飞船可以瞬间加速到非常接近光速的速度,达到这个速度的瞬间飞船还在地球上。

对于飞船里的你来讲,你看到的10光年外的星球就不再是10年前的模样,可能是5年前,1年前,甚至1个小时之前的模样!

为什么会出现这种情况?为什么明明那颗星球距离地球10光年,飞船里的你看到的却不是10年前的星球呢?

说白了,就是因为光速不变引起的时间膨胀和空间尺缩效应。具体来讲,对于地球上的人类来讲,看到你乘坐的飞船需要大约十几年的时间(具体时间取决于飞船的速度)才能到达10光年外的星球,但是对于飞船里的你来讲就不需要那么长时间了,可能仅需要5年甚至更短的时间就能到达那颗星球。

也就是说,你的时间“膨胀”了!

而用空间的尺缩效应就更容易理解了。在你乘坐的飞船速度到达非常接近光速的瞬间,虽然飞船仍旧在地球上,对于飞船里的你来讲,原本10光年外的星球,空间距离会瞬间变短,从10光年可能缩短为1光年,甚至有可能近在咫尺,你感觉走一步就能到达那颗星球,当然前提是飞船的速度必须无限接近光速。

时间膨胀和尺缩效应其实是等价的,两者必须同时出现,因为在爱因斯坦的狭义相对论体系下,时间和空间是有机体的整体,两者不可分割,任何把时间和空间分开讨论的行为其实都是没有意义的。

速度会引发时间膨胀,引力同样可以,而且速度和引力引发的时间膨胀是等效的。

引力越强,时间也就越慢。可以这样理解引力引发的时间膨胀。根据爱因斯坦的广义相对论,质量越大引力就越强,对时空的扭曲程度越大,越是扭曲的时空,时间就会变得越慢。

比如说黑洞,可以把时空扭曲到无限,连光也无法逃脱极度扭曲的时空,时间自然就趋于停止了。

这里还有必要纠正一下网络上的很多“民科”思维,所谓的“时间膨胀”,并不是说高速运动下的物体自身的时间变慢了,而是相对其他参照系时间变慢了。

举个例子,假设你以无限接近光速的速度飞行,你的时间就趋于停止了,但并不是说你自身感受到的时间停止了,更不是说你的新陈代谢停止了,而是在外部世界看来你的时间停止了,你会看到外部世界的时间无限变快,甚至你感觉到的一秒钟,外部世界就过去了无限久,一眨眼的功夫宇宙就走向终结了。

而你自身并不会感受到时间有任何变化,你自身的感受与在地球上的感受并没有什么不同。用物理学术语来讲,你的“本征时间”是不变的。何为本征时间?通俗理解就是装在你口袋里的钟表显示的时间。

总结

速度和引力引发的时间膨胀效应并不只是理论,早就被证实了,同时也早已广泛应用在我们日常生活中。

最典型的例子就是卫星定位系统。由于卫星位于大约2万公里的高空,受到的地球引力会相对较小,因此卫星的时间就比地面时间要快一些。但同时由于卫星的速度很快,时间相对地面时间要慢一些。

综合来看,引力对卫星的时间影响会更大,也就是说卫星上的时间会比地面时间更快,每天大约快38微秒(一微秒等于百万分之一秒)。在我们日常生活中,如此短暂的时间根本不会造成任何影响,我们也感知不到,但由于卫星导航系统对精确度的要求非常高,就必须校正卫星上的时间,让其与地面时间保持一致,否则导航系统会彻底失效!

3 阅读:300
评论列表
  • 2024-03-17 22:43

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。

    用户11xxx26 回复:
    现在说宇宙膨胀速度大于光速了!
  • 2024-04-23 20:57

    解释光电效应是个笑话。物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应是毒药祸害!!!………证明光速不变是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。……光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

  • 2024-02-17 19:06

    膨胀的是数学模型中的变量,而不是真实世界,就比如什么时空弯曲等等其实这些都是用来解释世界中一些现象的数学模型

  • 2024-03-18 08:27

    二、在引力波到来时,LIGO装置感测到了该装置向不同方向的发射并折返的光束的光程或光速受到了干扰。到底是什么原因导致这一情况发生呢? 该装置的设计者解释说,这是当引力波到来时该装置的相互垂直的两个长臂的长度发生不同程度的伸缩导致的。我认为这是屑足适履以维护所谓的“光速不变原理”的说法。实际上,当引力波到来时,银河系、太阳、地球以及上述感测装置的运动状态均受到干扰而轻微抖动,从而导致该装置向不同方向的发射并折返的光束的光程发生不同的变化(其测量到的光速也就有差异),由此说明测量到的光速是与测量仪器的运动状态有关的,进而否定了“光速不变原理”之猜想。

  • 2024-03-18 08:27

    三、速度是矢量,具体的量值是针对具体的参考系而言的,从麦克斯韦方程推导出的光速也不能例外,如果不说明参考系,笼统地说一束光的光速,那就是针对其始发点而言的。

  • 2024-02-21 10:50

    物质达到光速后,其所处的时空是不一样的,假如我们所处的时空定为0,光速是C,光进入了另一时空,处于光速运动的物质时空中,彼此之间的相对最大速度也是C。进入不同时空的跳跃值是按光速跃迁的。

  • 2024-03-18 08:29

    随着人类计时器计时精度的提高,几年前我曾向权威部门提出可直接检验所谓的“光速不变原理”的真伪。具体方案是在靠近赤道地方找东西向相隔约100公里的两座山的山顶,分别安装具有激光发射、接收感应和精密计时功能的A、B两台装置。选择春分、秋分、夏至、冬至等时节直接测量正反向光经过同距离所耗时间的差异。众所周知,A、B两台装置均随着银河系、太阳系和地球的运动而高速运动着,而“光速不变原理”说光速的正、反向测量均与测量点的运动状态无关。因此,一旦我们发现从A开始发射光束至B感应到所需的时间与其反向测试所需的时间有差异,就直接证明所谓的“光速不变原理”是不成立的。———不过,我的这一提案一直没有得到回音。

  • 2024-02-19 08:46

    相对速度是自然公理,是绝对真理。为什么悖论斯坦要用光速不变假说祸害自然真理,欺师灭祖???还造谣说真理是相对的,蔑视自然和它的绝对诚实???

  • 2024-04-21 16:08

    动的越快,时间流逝的越快。

  • 2024-02-06 07:46

    卫星时间变慢可能是远离引力的原因,

    ┢┦αpΡy 回复:
    相反吧,变慢是接近引力的原因,一个慢的人,向一个方向以光速前进,惯性力变大,惯性力等效于引力
  • 2024-03-26 14:49

    这是对的,我爷爷活了136岁就是因为跑的快而且天天长跑

  • 2024-04-17 01:35

    爱恩斯坦识条铁。还时间彭涨呢。时间与空间是相互包容的,时间涨,时空也一样澎涨。怎不见时间澎涨到爆炸呢?

  • 2024-05-02 08:29

    他爸爸有动能,他爸爸也有势能,动能和势能都能变成他爸爸。他到底有多少爸爸呀?

  • 2024-02-04 19:38

    破坏时空观::坐在高速飞行的船上,或站在不同的位置,都会引起观测时间(意识)的延迟或提前,不是改变了观测对象,也没有改变观测者。观测雷电声音的先后不能改变雷电的数量、尺寸和寿命。“钟慢”、“尺缩”和“祖父悖论”都是源于荒谬的“创造假说”,破坏了人类几千年的传统时空观,更大的问题是谎言需要更多的谎言。……悖论斯坦创造一双鞋,号称适合所有人的脚,精度还特别高。小心他偷偷割烂你的脚(时间、空间、质量、场)。………我创造假说1+1>2,因为1大+1小>2小,所以证明了。是不是偷偷破坏了基本概念和认知体系?悖论斯坦就是这样搞破坏的!

  • 2024-02-04 19:39

    创造公理(公设),号称可以证明,这是爱因斯坦的方法。 公理可以证明吗?不可能。万有引力定律能证明吗?不可能。但可以证伪!!! 参考系平权公设(宇宙处处可放羊)可以证明吗?不可能。只能号称证明了! 所谓的物理定律对所有参考系不变,是个已经证伪的大笑话: 狭义相对论让星钟变慢,再来个广义相对论让星钟变快,你说这钟倒不倒霉?关键是反复修正还是不行(有效证伪)!这不是两头骗吗?参见论文“部分相对论效应对北斗原子钟性能影响分析” ………为引力找原因是目的论物质观。。。自然存在没有原因,不需要原因。追求目的的人才需要因果原因。引力是一种存在,是牛顿归纳发现的,满足“只能如此理解”的必要性和充分性,也符合所有普遍经验。———明天还有太阳,需要原因和证明吗?

  • 2024-02-04 19:39

    时间是意识概念,是意识记忆序列的标识符,没有记忆就无法观测时间和运动变化,意识记忆有绝对顺序就是绝对时间,观测时刻就是现在。时间可以外化定义,观测得到摆动次数,可以利用时间定义转化为时间,改变不了意识时间的属性。空间某点与哪个时间有关?只能瞎编使劲骗,永远说不清。 …………物质粒子永远只“在意”它现在受到的外力,保持自己质量本性,没有任何未来计划和目的。虚幻相对时空观念是悖论斯坦破坏传统绝对时空观的恶果。———时间定义是意识概念的理想化外化,像圆的定义一样,应该具有唯一确定性。非惯性系钟摆改变了空间位置,会受物理规律变化的影响而变化,脱离了时间定义的唯一性。找不到理想的真实圆和理想的真实时间,这是现实。……少年意识记忆数量少,感觉时间慢,老年人恰恰相反。

  • 2024-02-04 19:38

    空间弯曲是很好玩的——用250公斤的石头压悖论斯坦,用同样体积形状的气球压诚实的人。然后比较空间弯曲有何不同???悖论斯坦和氢气球在万米高空搞升天比赛,他想往哪弯呢???气球相信悖论吗???………三维空间的现在是存在,可观测。四维涉及过去和未来,无法观测。站在不同位置赏月(三维)的是人,看昨天明天日出(四维)的是活鬼(悖论斯坦)。……数学是意识工具,其可表达的数学时空几乎是无限的。物理空间是完全确定的,对应自然存在之真。物理数学完全不同。数学时空弯曲变大小,数学等效质量,数学能量,绝对数学速度,都是虚幻。不真的想象力和精神病无异,欺骗读书人,祸害子孙!

  • 2024-02-04 19:39

    三维空间是观测归纳所得公理表达,不证自明。……绝对时空是真理,相对时空是创造假说,是悖论欺骗。………数千年的绝对时空观,被骗子斯坦创造假说祸害了(相对时空—相对论)。………任何空间位置引力场都是唯一的处处不同的不断变化的,如何空间相对?任何相对移动都必然影响物理定律(惯性系和pi一样都是强大的认知抽象)。意识时间有绝对顺序,如何相对?改变时间方向?改变时间参考点?将古罗马移动到未来?如何抹去遗存和记忆???演绎必须从公理出发,由相对时空悖论出发演绎出狗屎场方程狗屎造核弹方程,不是笑话是什么???

  • 2024-02-04 19:40

    自然绝对诚实,创造了人类,给了人类无穷的机会,是人类唯一的生存依靠。敬畏自然的绝对诚实,带来了人类科学。。。………悖论斯坦蔑视自然,创造反公理假说,大搞虚幻,意欲何为???狗都知道真假敬畏自然,难道有些人不如狗吗?………数学演绎必须从公理出发,才可能有意义有效。由创造反自然公理假说悖论演绎出的狗屎场方程狗屎核弹方程,必然是骗是祸。

  • 2024-02-05 08:55

    膨胀的只是物质特性,跟时间无关,宇宙任何事物都跟时间无关,速度只是借用时间来衡量参照,还能把时间吞了不成

  • 等于屁话!

宇宙时空探索

简介:用通俗的语言诠释科学