Question

钟慢效应是什么，钟慢效应和狭义相对论之间有什么关系？

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Answer 1

时间是宇宙间一种独特的存在，在若干年以前，随着奇点的爆炸，时间、空间以及一切物质迸发而出。

物质就不用说了，看得见、摸得着，宇宙天体、尘埃、一草一木都是物质。

空间，我们也可以切实感受得到，我们的宇宙本身就是一个空间，容纳着宇宙中的一切物质。而时间与它们不同，看不见摸不着，所以很多人甚至认为时间是不存在的，认为时间只是一种人为的计量概念，是用来记录物体运动和变化的。在宏观世界中，时间的确是用来计量物质变化的，但这种计量方式并不是人为所发明的，时间真实存在，且与空间密不可分。

时间真实存在，且与空间密不可分，所以二者并称为时空。

时间与空间皆不能舍弃对方而独立存在，如果你深读相对论，就会对此有所认识。

时间不仅是真实存在的，而且时间还会因运动而变慢。这里所说的时间变慢可能与你对时间的理解并不相同。很多人认为时钟则代表时间，时间变慢就是说时钟会变慢，其实二者并不相同。物理学上所讲的时间，指的是时间的流逝速度，而时钟只不过是记录在一定的时间流逝速度之下总共累积了多少时间。当然，如果时间的流逝速度变慢，那么最终在时钟上所累积的时间量必然会相应减少。

那么，时间的流逝速度由什么决定呢？是由运动的速度所决定的。

在考虑时间流逝速度与运动速度之间的关系时，我们首先必须先要创造一种理想的环境。

也就是一种匀速运动的环境，这种环境被称为惯性系。要证实在惯性系中，时间流逝速度会因为运动速度的增加而变慢并不是一件困难的事情。你只需要让一只时钟做匀速运动就可以了，而你本身则作为一个观察者保持静止。当时钟从远处来到你的身边时，你就会发现时间真的变慢了。如果你进行了这个实验，并发现时间的快慢没有发生变化，那是因为你没有满足实验所需要的条件。

我们平时所使用的时钟只是一种用于记录时间的刻度工具，并不代表真实的时间，要测量时间的快慢，你需要一只真正的时钟，一只能够反应出完全确定的时间的时钟。

这种时钟就是放射性衰变时钟，因为放射性物质的半衰期是一个确定的时间标尺。此外，你还要让反射性时钟保持相当的运动速度，因为如果速度太慢，则时间变慢的程度会过于微小，无法察觉。要多快呢？大概要达到十分之一光速左右吧，也就是每秒3万公里左右。我们自己无法进行这种条件苛刻的实验，但这种实验早已获得了完全的证实。

科学家们通常利用半衰期为2.2微秒的μ子进行实践，这种轻子在宇宙中的运动速度可以达到光速的0.98。

当这种轻子移动了相当的距离之后，你会发现，到达目的地的轻子数量比应该到达的数量要少得多。

这是因为高速运动使得这种轻子的时间流逝速度变慢，所以大量轻子并没有完成衰变，这就是著名的钟慢效应。钟慢效应以现实证据证明了狭义相对论中所讲述的，在匀速运动状态下，物体的运动速度越快，则时间越慢。当然这是对不同的参考系而言的，如果我们能够和μ子同速运动，我们又会发现时间的流逝速度并没有变化。