相對論“時間膨脹”表明速度越快時間越慢,膨脹的到底是什麽?

宇宙時空探索 2024-02-04 18:52:30

愛因斯坦的狹義相對論自1905年誕生以來,經曆了一百多年的風風雨雨,如今仍舊屹立不倒,被越來越多的實驗證據支撐,也因此成爲了現代物理學大廈的兩大基石之一(另一大基石是量子力學)。

狹義相對論是在兩個假設的基礎上提出來的,這兩大假設分別是:光速不變原理和狹義相對性原理。有了這兩大假設,就可以推導出狹義相對論中的所有基本公式,其中就有時間膨脹效應公式。

時間膨脹,顧名思義就是“時間變慢了”,具體來講就是“速度越快,時間就越慢”。愛因斯坦告訴我們時間並不是絕對的,而是相對的,不斷變化的,也因此推翻了牛頓力學體系下的絕對時空觀。

狹義相對論告訴我們,在不同的慣性系下,時間流逝的速度是不一樣的。最通俗的例子就是,我們地球上每個人的時間流逝速度其實都是不一樣的,只不過差異微乎其微,我們根本察覺不到,也不會對我們日常生活帶來任何影響,所以在我們的固有思維裏,還會認爲時間是絕對的。

時間膨脹可以分爲兩種,速度可以引發時間膨脹,而引力同樣可以引發時間膨脹。

狹義相對論裏,速度越快時間就越慢,速度引發的時間膨脹,可以用時間膨脹公式來計算。

而在廣義相對論下,引力越大時間就越慢,引力引發的時間膨脹,同樣也有一個時間膨脹公式來計算。

速度和引力引發的時間膨脹公式,看上去差別很大,但兩者有一個最大的共同點:都包含光速c。顯然這說明了光速在時間膨脹中一定起到了非常關鍵的作用,因此,我們很有必要詳細了解一下光的特性。

光,在我們日常生活中無處不在。毫不誇張地講,人類科學發展史都是圍繞光來展開的,這是因爲人類觀測到的一切,幾乎都要依賴光,准確來講是依賴電磁波。

光的本質是電磁波,我們平時所說的光,指的是可見光,而可見光只是整個電磁波譜中非常狹窄的一部分。而電磁波是一種能量,依靠光子來傳遞能量。

除了可見光之外,還有波長更長的無線電波,紅外線,波長更短的紫外線,X射線,伽馬射線等。

雖然光在我們身邊無處不在,但直到近代,科學家們才真正開始研究光的具體特點,測量出了光的傳播速度,大約爲每秒30萬公裏。

光速,是一個常數,非常重要的常數,任何信息和物體的速度都無法超越這個常數。同時在愛因斯坦的狹義相對論裏,把“光速不變”作爲一個基本前提,意味著真空中的光速恒定不變。

如何理解光速不變?

簡單講就是,光速與其他任何速度疊加之後,仍舊是保持光速不變。舉個例子,即便你是無限接近光速的速度追趕一束光,這束光相對你的速度仍舊是光速。

這裏有必要強調一點,光速不變和狹義相對論的關系是,光速不變是因,狹義相對論是“果”。網絡上很多人把這種因果關系搞反了,誤認爲是狹義相對論推導出來的光速不變,其實這種認知是錯誤的。

說白了,光速不變沒有原因,起碼目前人類並不知道光速不變的原因,它本身就是假設,也可以認爲是公理。假設或者公理就不需要原因。也就是說,科學家其實並不知道“光速不變”的底層邏輯,只是他們發現了“光速不變”這個事實確實存在而已。

一個看起來簡單的光速,卻是我們宇宙的“定海神針”!

在我們的宇宙裏,萬物都在不停地運動,任何物體的運動速度都是可變的,只要選擇不同的參照系,物體的運動速度就會發生變化。但唯獨光速是特例,光速是絕對的,不管你選擇什麽樣的參照系,光速都保持恒定不變。

所以,我們也可以這樣通俗理解光速,光速就像是宇宙的一把通用的“標准尺子”一樣,以不變應萬變。這把“標准尺子”可以用來衡量宇宙萬物的運動規律。

而正是因爲光速的這種絕對不變,才會讓不同的觀察者感受到時間和空間的改變,也就是剛開始所講的時間膨脹效應,當然還有空間的尺縮效應,這兩種效應其實是等價的,同時出現的。

光速限制和光速不變,極大地改變了我們對宇宙的觀察。

舉個例子,你用天文望遠鏡觀測10光年外的星球,看到的肯定是該星球10年前的模樣。但如果你乘坐一艘飛船,這艘飛船的速度非常接近光速,同時假設這艘飛船可以瞬間加速到非常接近光速的速度,達到這個速度的瞬間飛船還在地球上。

對于飛船裏的你來講,你看到的10光年外的星球就不再是10年前的模樣,可能是5年前,1年前,甚至1個小時之前的模樣!

爲什麽會出現這種情況?爲什麽明明那顆星球距離地球10光年,飛船裏的你看到的卻不是10年前的星球呢?

說白了,就是因爲光速不變引起的時間膨脹和空間尺縮效應。具體來講,對于地球上的人類來講,看到你乘坐的飛船需要大約十幾年的時間(具體時間取決于飛船的速度)才能到達10光年外的星球,但是對于飛船裏的你來講就不需要那麽長時間了,可能僅需要5年甚至更短的時間就能到達那顆星球。

也就是說,你的時間“膨脹”了!

而用空間的尺縮效應就更容易理解了。在你乘坐的飛船速度到達非常接近光速的瞬間,雖然飛船仍舊在地球上,對于飛船裏的你來講,原本10光年外的星球,空間距離會瞬間變短,從10光年可能縮短爲1光年,甚至有可能近在咫尺,你感覺走一步就能到達那顆星球,當然前提是飛船的速度必須無限接近光速。

時間膨脹和尺縮效應其實是等價的,兩者必須同時出現,因爲在愛因斯坦的狹義相對論體系下,時間和空間是有機體的整體,兩者不可分割,任何把時間和空間分開討論的行爲其實都是沒有意義的。

速度會引發時間膨脹,引力同樣可以,而且速度和引力引發的時間膨脹是等效的。

引力越強,時間也就越慢。可以這樣理解引力引發的時間膨脹。根據愛因斯坦的廣義相對論,質量越大引力就越強,對時空的扭曲程度越大,越是扭曲的時空,時間就會變得越慢。

比如說黑洞,可以把時空扭曲到無限,連光也無法逃脫極度扭曲的時空,時間自然就趨于停止了。

這裏還有必要糾正一下網絡上的很多“民科”思維,所謂的“時間膨脹”,並不是說高速運動下的物體自身的時間變慢了,而是相對其他參照系時間變慢了。

舉個例子,假設你以無限接近光速的速度飛行,你的時間就趨于停止了,但並不是說你自身感受到的時間停止了,更不是說你的新陳代謝停止了,而是在外部世界看來你的時間停止了,你會看到外部世界的時間無限變快,甚至你感覺到的一秒鍾,外部世界就過去了無限久,一眨眼的功夫宇宙就走向終結了。

而你自身並不會感受到時間有任何變化,你自身的感受與在地球上的感受並沒有什麽不同。用物理學術語來講,你的“本征時間”是不變的。何爲本征時間?通俗理解就是裝在你口袋裏的鍾表顯示的時間。

總結

速度和引力引發的時間膨脹效應並不只是理論,早就被證實了,同時也早已廣泛應用在我們日常生活中。

最典型的例子就是衛星定位系統。由于衛星位于大約2萬公裏的高空,受到的地球引力會相對較小,因此衛星的時間就比地面時間要快一些。但同時由于衛星的速度很快,時間相對地面時間要慢一些。

綜合來看,引力對衛星的時間影響會更大,也就是說衛星上的時間會比地面時間更快,每天大約快38微秒(一微秒等于百萬分之一秒)。在我們日常生活中,如此短暫的時間根本不會造成任何影響,我們也感知不到,但由于衛星導航系統對精確度的要求非常高,就必須校正衛星上的時間,讓其與地面時間保持一致,否則導航系統會徹底失效!

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评论列表
  • 2024-03-17 22:43

    悖論斯坦,背叛數學由公理演繹證明特稱命題的傳統,號稱證明全稱公設公理。以光速不變假說禍害相對速度公理,禍害絕對時空,禍害能量質量引力等物理基本概念和認知方法。禍害數學,禍害物理,終身搞騙,禍害極大極深極廣。

    用戶11xxx26 回覆:
    現在說宇宙膨脹速度大于光速了!
  • 2024-04-23 20:57

    解釋光電效應是個笑話。物理機制根本木有涉及,對光譜特性,對光電子能量分布,對偏振和溫度影響等都不能解釋。是半知亂解,害大于利(笨蛋好于壞蛋)。發現光電效應是寶貴的金山,本是一條通往微觀世界的大道。胡編解釋光電效應是毒藥禍害!!!………證明光速不變是胡編!光反射驅動光帆恰恰證僞了光速不變。邁克爾遜-莫雷實驗結果的理解::有質量的光子慣性運動,一點也不奇怪。……光子對實驗裝置相對速度基本不變,兩路速度差極小,地球重力對光子速度影響太小也測不到,近似爲慣性系。

  • 2024-02-17 19:06

    膨脹的是數學模型中的變量,而不是真實世界,就比如什麽時空彎曲等等其實這些都是用來解釋世界中一些現象的數學模型

  • 2024-03-18 08:27

    二、在引力波到來時,LIGO裝置感測到了該裝置向不同方向的發射並折返的光束的光程或光速受到了幹擾。到底是什麽原因導致這一情況發生呢? 該裝置的設計者解釋說,這是當引力波到來時該裝置的相互垂直的兩個長臂的長度發生不同程度的伸縮導致的。我認爲這是屑足適履以維護所謂的“光速不變原理”的說法。實際上,當引力波到來時,銀河系、太陽、地球以及上述感測裝置的運動狀態均受到幹擾而輕微抖動,從而導致該裝置向不同方向的發射並折返的光束的光程發生不同的變化(其測量到的光速也就有差異),由此說明測量到的光速是與測量儀器的運動狀態有關的,進而否定了“光速不變原理”之猜想。

  • 2024-03-18 08:27

    三、速度是矢量,具體的量值是針對具體的參考系而言的,從麥克斯韋方程推導出的光速也不能例外,如果不說明參考系,籠統地說一束光的光速,那就是針對其始發點而言的。

  • 2024-02-21 10:50

    物質達到光速後,其所處的時空是不一樣的,假如我們所處的時空定爲0,光速是C,光進入了另一時空,處于光速運動的物質時空中,彼此之間的相對最大速度也是C。進入不同時空的跳躍值是按光速躍遷的。

  • 2024-03-18 08:29

    隨著人類計時器計時精度的提高,幾年前我曾向權威部門提出可直接檢驗所謂的“光速不變原理”的真僞。具體方案是在靠近赤道地方找東西向相隔約100公裏的兩座山的山頂,分別安裝具有激光發射、接收感應和精密計時功能的A、B兩台裝置。選擇春分、秋分、夏至、冬至等時節直接測量正反向光經過同距離所耗時間的差異。衆所周知,A、B兩台裝置均隨著銀河系、太陽系和地球的運動而高速運動著,而“光速不變原理”說光速的正、反向測量均與測量點的運動狀態無關。因此,一旦我們發現從A開始發射光束至B感應到所需的時間與其反向測試所需的時間有差異,就直接證明所謂的“光速不變原理”是不成立的。———不過,我的這一提案一直沒有得到回音。

  • 2024-02-19 08:46

    相對速度是自然公理,是絕對真理。爲什麽悖論斯坦要用光速不變假說禍害自然真理,欺師滅祖???還造謠說真理是相對的,蔑視自然和它的絕對誠實???

  • 2024-04-21 16:08

    動的越快,時間流逝的越快。

  • 2024-02-06 07:46

    衛星時間變慢可能是遠離引力的原因,

    ┢┦αpΡy 回覆:
    相反吧,變慢是接近引力的原因,一個慢的人,向一個方向以光速前進,慣性力變大,慣性力等效于引力
  • 2024-03-26 14:49

    這是對的,我爺爺活了136歲就是因爲跑的快而且天天長跑

  • 2024-04-17 01:35

    愛恩斯坦識條鐵。還時間彭漲呢。時間與空間是相互包容的,時間漲,時空也一樣澎漲。怎不見時間澎漲到爆炸呢?

  • 2024-05-02 08:29

    他爸爸有動能,他爸爸也有勢能,動能和勢能都能變成他爸爸。他到底有多少爸爸呀?

  • 2024-02-04 19:38

    破壞時空觀::坐在高速飛行的船上,或站在不同的位置,都會引起觀測時間(意識)的延遲或提前,不是改變了觀測對象,也沒有改變觀測者。觀測雷電聲音的先後不能改變雷電的數量、尺寸和壽命。“鍾慢”、“尺縮”和“祖父悖論”都是源于荒謬的“創造假說”,破壞了人類幾千年的傳統時空觀,更大的問題是謊言需要更多的謊言。……悖論斯坦創造一雙鞋,號稱適合所有人的腳,精度還特別高。小心他偷偷割爛你的腳(時間、空間、質量、場)。………我創造假說1+1>2,因爲1大+1小>2小,所以證明了。是不是偷偷破壞了基本概念和認知體系?悖論斯坦就是這樣搞破壞的!

  • 2024-02-04 19:39

    創造公理(公設),號稱可以證明,這是愛因斯坦的方法。 公理可以證明嗎?不可能。萬有引力定律能證明嗎?不可能。但可以證僞!!! 參考系平權公設(宇宙處處可放羊)可以證明嗎?不可能。只能號稱證明了! 所謂的物理定律對所有參考系不變,是個已經證僞的大笑話: 狹義相對論讓星鍾變慢,再來個廣義相對論讓星鍾變快,你說這鍾倒不倒黴?關鍵是反複修正還是不行(有效證僞)!這不是兩頭騙嗎?參見論文“部分相對論效應對北鬥原子鍾性能影響分析” ………爲引力找原因是目的論物質觀。。。自然存在沒有原因,不需要原因。追求目的的人才需要因果原因。引力是一種存在,是牛頓歸納發現的,滿足“只能如此理解”的必要性和充分性,也符合所有普遍經驗。———明天還有太陽,需要原因和證明嗎?

  • 2024-02-04 19:39

    時間是意識概念,是意識記憶序列的標識符,沒有記憶就無法觀測時間和運動變化,意識記憶有絕對順序就是絕對時間,觀測時刻就是現在。時間可以外化定義,觀測得到擺動次數,可以利用時間定義轉化爲時間,改變不了意識時間的屬性。空間某點與哪個時間有關?只能瞎編使勁騙,永遠說不清。 …………物質粒子永遠只“在意”它現在受到的外力,保持自己質量本性,沒有任何未來計劃和目的。虛幻相對時空觀念是悖論斯坦破壞傳統絕對時空觀的惡果。———時間定義是意識概念的理想化外化,像圓的定義一樣,應該具有唯一確定性。非慣性系鍾擺改變了空間位置,會受物理規律變化的影響而變化,脫離了時間定義的唯一性。找不到理想的真實圓和理想的真實時間,這是現實。……少年意識記憶數量少,感覺時間慢,老年人恰恰相反。

  • 2024-02-04 19:38

    空間彎曲是很好玩的——用250公斤的石頭壓悖論斯坦,用同樣體積形狀的氣球壓誠實的人。然後比較空間彎曲有何不同???悖論斯坦和氫氣球在萬米高空搞升天比賽,他想往哪彎呢???氣球相信悖論嗎???………三維空間的現在是存在,可觀測。四維涉及過去和未來,無法觀測。站在不同位置賞月(三維)的是人,看昨天明天日出(四維)的是活鬼(悖論斯坦)。……數學是意識工具,其可表達的數學時空幾乎是無限的。物理空間是完全確定的,對應自然存在之真。物理數學完全不同。數學時空彎曲變大小,數學等效質量,數學能量,絕對數學速度,都是虛幻。不真的想象力和精神病無異,欺騙讀書人,禍害子孫!

  • 2024-02-04 19:39

    三維空間是觀測歸納所得公理表達,不證自明。……絕對時空是真理,相對時空是創造假說,是悖論欺騙。………數千年的絕對時空觀,被騙子斯坦創造假說禍害了(相對時空—相對論)。………任何空間位置引力場都是唯一的處處不同的不斷變化的,如何空間相對?任何相對移動都必然影響物理定律(慣性系和pi一樣都是強大的認知抽象)。意識時間有絕對順序,如何相對?改變時間方向?改變時間參考點?將古羅馬移動到未來?如何抹去遺存和記憶???演繹必須從公理出發,由相對時空悖論出發演繹出狗屎場方程狗屎造核彈方程,不是笑話是什麽???

  • 2024-02-04 19:40

    自然絕對誠實,創造了人類,給了人類無窮的機會,是人類唯一的生存依靠。敬畏自然的絕對誠實,帶來了人類科學。。。………悖論斯坦蔑視自然,創造反公理假說,大搞虛幻,意欲何爲???狗都知道真假敬畏自然,難道有些人不如狗嗎?………數學演繹必須從公理出發,才可能有意義有效。由創造反自然公理假說悖論演繹出的狗屎場方程狗屎核彈方程,必然是騙是禍。

  • 2024-02-05 08:55

    膨脹的只是物質特性,跟時間無關,宇宙任何事物都跟時間無關,速度只是借用時間來衡量參照,還能把時間吞了不成

  • 等于屁話!

宇宙時空探索

簡介:用通俗的語言诠釋科學