相对论,这个抽象的问题,速度和时间的理论
时间变慢是测量数据与实际数据的差别。
其实说时间变慢是不正确的,应该是测量到的时间变快。实际时间比测量到的慢。
t'=t×√(1-v²/c²),其中的√(1-v²/c²)只要速度不为0就一定是小于1的因子,意思是 t' 比我们看到的时间 t 要慢。但是,我们看到的时间是真实时间吗?
我们观察宇宙或世界,媒介是光。所以我们观察到的情况一定受光的特性的影响。
光有两个主要特性:
1、直线传播
2、光速不变
直线传播造成我们观察到的物体是“近大远小”,光速不变让我们观察到的时间是“高速变慢”。
注意这两种说法有一个问题,就是没有一视同仁。
我们现在假设用仪器(照相机)测量远处的物体,照下来的肯定比近处的要小,那么是物体变大了还是变小了?
其实物体没变,只是测量到的数值变小了。如果想得到远处物体的“真实”尺寸,我们应该怎样做呢?一定是要在我们测量到的尺寸上乘一个大于1的因子。注意是大于1。如果用公式表达就是S'=S×f(x),其中的S是仪器测量到的长度,S'是“实际”长度,f(x)是一个大于1的因子,与距离和镜头焦距相关。
在我们测量到的尺寸上乘一个大于1的因子是什么意思呢?当然是我们测到的尺寸小于“真实”尺寸。我们如果因为乘了一个大于1的因子就说远处的物体变大了,合理吗?
同样的道理,我们测量到高速运动的物体上的时间要乘一个小于1的因子来得到它的“真实”时间,能说它的时间变慢了吗?
其实是:高速运动的物体时间比我们测量到的慢,远处的物体的尺寸比我们测量到的大。
要注意速度是相对的,没有任何速度是单独存在的。
假如宇宙中没有任何其他天体,只有地球的话,任何人也测量不出地球的速度是多少(自转不算,其实自转也测量不出来)。
那么速度其实与物体自身没任何关系。是不相关的观察者的主观感觉。就像距离与物体本身没任何关系一样,你在多远的距离观测物体,关物体什么事?
比如:
有一个流星A相对地球以速度V1运动,它观察到地球上的时间慢了10%。
另一个流星B相对地球以速度V2运动,它观测到地球上的时间变慢20%。
还有个流星C相对地球以速度V3……
如果相对速度真的就改变了时间,那地球咋办?听谁的?每天有无数的流星掠过地球附近。就算不在附近也相对地球有速度。宇宙中有无数的天体,每个天体相对地球都有一个速度,都会测量出一个地球上的时间。
地球上的时间和它们测量到的数据有什么关系?它们测量到的数据只能乘上相应的因子变换成地球上的时间,不可能地球时间随它们摆布吧?
如果它们看到地球的时间变慢,只能说他们测量到的数据变快了。
这和近大远小是完全一样的道理。难道你看到的尺寸变小了就说物体的尺寸变大了吗?你看到的情况和物体有什么关系?
假设一惯性系A本对O以速度V运动。在A与O重合时,一光子从A射向B。
当光子到达B时,经过的距离在A看是 ct' ,在O看是 ct,因为光速不变所以光速都是c。
在O看经过t ,A运动了vt 距离。
三个距离的关系很简单:直角边的平方和=斜边的平方。(vt)²+(ct')²=(ct)²
解出 t' 就是 t'=t×√(1-v²/c²)
显然,v不同只影响ct的距离,不会影响ct'的距离。也就是说,相对速度的不同造成的结果是测量数据发生变化,物体上原来的时间和距离没有任何改变。
狭义相对论解决的是测量数据换算的问题。并没有支持高速运动的物体上时间变慢的说法。
双生子悖论根本不存在。
所谓的时间变慢,只是相对测量值来说的,就像我们也可以说远处的物体尺寸变大了,那也是相对我们的测量值来说的。
记住一点:一个客观存在,不会因为别人的感觉而改变。
可能有人会问:宇宙飞船上的时间为什么会比地球上的时间慢了呢?
人们发现宇宙飞船返回地球时,上面的时间比地球上的时间慢了。
其实这和狭义相对论的测量换算没关系,是因为加速度造成的。把时间弯慢归于狭义相对论是没学过相对论(或者没学懂)的人发生的错误。好在相对性的说也不算绝对是错的。
广义相对论提示了这一现象的原因。
F=ma,这是学过物理的人倒背如流的公式,但是在相对论中,这个公式有另一层的意思。
a=F/m,看一看这个式子与上式有什么不同?好像没有不同点。但是,这里的F/m表示的是引力场强度。即“单位质量所受的引力”。这个公式提示了引力与加速度是等价的。既然如此,下面我们的a就表示引力场强度(当然也可以是加速度,二者等价)。
单位时间内的速度变化量就是加速度,所以 a=v/t ,变换一下就是t=v/a 。
这下看出来了,时间与v和加速度有关,加速度(引力)越大时间越慢。
但是,这里的v是什么啊?前面已经知道了,速度是一个谁想说是多少就是多少的量,任何看得到或看不到的参照系都可以假定相对一个物体有多高的速度。所以这里的v绝对不会是任意值。必须是一个相对任何系统都不变的值,那就只能是c,光速不变。但是要注意我们用的时间单位和计量方式与宇宙本来的量是有差别的,要进行换算,所以完整的公式应该是:t=κc/a
其中的κ是一个换算因子,c是光速,a是引力场强度或加速度。
即,时间与引力场强度成反比,引力越强时间越慢。
宇宙飞船上的时间会变慢的真正原因是因为发飞船时强大的加速度以及飞船返回时的加速度造成的。与飞船飞行的速度没必然关系。当然速度越快发射时的加速度也越大,对时间的影响也越大,钽是时间变慢的根本原因不是速度而是加速度。
那为什么,我回来时,会发现其他人都变老了,而我却没怎么变?
你发现谁变老了呢?你去了什么地方回来的?
注意狭义相对论是对惯性系而言的,如果你能回来,那是惯性系吗?
当你返航时,由原来的速度改变成返回的速度,这一过程中的负加速度对你的时间产生了多大的影响呢?
你举的是一个并不存在的“实例”。相信你并没有乘任何飞船去任何地方,你周围也没有原来和你一样大突然变老了的人。
这就像我问你:为什么有一个人走到离我很远的地方,回来时他身材变得很小了(或者很大了)?你该如何回答这个问题? 这种事情不存在,所以无法解释。
在宇宙飞船上,宇航员的表回到地球时,时间变化相差并不大,基本上都是相差一两分钟。与他们在空间站上工作了多久没有必然的关系,比如工作一年的和工作三个月的时间没太大差别,说明和他们相对地面高速运动了多久没有关系。只和发射和返回时的加速度有关。
当飞船接近光速时,飞船上的时空发生了变化,你会感觉到空间在变小,时间在变慢。
这么说吧,原先你距离你的目的地足足有10光年,可是在达到一定速度后,你感觉(从你的飞船上测量),你距离你的目的地变成了不到1光年。
等你在目的地下了飞船,你觉得(不仅仅是觉得,你在飞船上的测量仪器也这么认为)时间仅仅过去了1年,自己仅仅走了一光年的路程;
但是对于你的出发地和目的地的观测者来说,时间过去了10年,你也在宇宙间飞行了10光年的距离。
相对论相对论,相对就是这个意思。
顺便解释一点,该理论已经得到了实验证实:虽然人类远远无法制造出光速飞船,但是,通过测量高引力区域和低引力区域的时钟时间差距,侧面证实了相对论关于时间流逝的正确性。
那为什么,我回来时,会发现其他人都变老了,而我却没怎么变?
上面那位讲的很专业,在下只能不专业而通俗的讲一讲。
因为你所在的飞船处,时空与地球的时空不同,所以你仅仅过了1年,而地球人过了10年。
至于上面那位讲的负加速度一说,在下认为并不确定,因为这个说法是在用现有的技术水平来解释未来的可能性。
说白了,未来的光速(近光速)宇宙飞船,其加速理论未必和现代的飞机飞船一样-----如果一样的话,我那个假设根本不存在,因为绝大部分航程都用来加速减速了。
而楼主的这个疑问,也建立在一个基础上,即不考虑加速减速所需时间,而仅仅考虑光速飞船区域的时空变化。
至于为什么其他人变老而你没有变,原因非常简单,就是因为你过去10年是在光速飞船上度过,所以你经历的时间与其他人不同。
请注意,根据相对论(已经被实验观测数据证实了的相对论),时间不是一个不变的度量衡,而是一个会随着环境变化而变化的度量衡。
我还可以举一个例子,假设人体冷冻技术得到突破,将你冷冻,10年后解冻,请问为什么你的兄弟朋友都比你更老(当然这个假设是在人类没有灵魂的角度上做出的)?
补充:用现有技术解释某种佯谬的不存在,这是一种很糟糕的科普行为。
有一本日本的科普作品,用现代科技来解释变形金刚之类各种幻想漫画的不可能存在,而我就对该书极为不屑。
举个反例:假设在冷兵器时代,有人假设只要研究科技,未来可以按一个按钮杀死几万敌军,而另一个大师则出面论证,杀几万人要挥刀多少次,尸体需要掩埋多久,因此没有必要研发科技。
我们可以用现有的科学理论、科学精神去解释、怀疑某些幻想、设想、佯谬,但是,我们不应该用现有的技术来解释怀疑某些幻想、设想、佯谬.
百度双生子佯谬。
哦