深層解讀相對論「時間膨脹效應」:宇宙萬物的速度其實都是光速C

王雪嵩 2021/04/12 檢舉 我要評論
 
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儘管愛因斯坦的相對論已經誕生一百多年了,但仍舊有很多人並不瞭解相對論,尤其是在網路上,更是充斥著對相對論的質疑,質疑本身並沒有錯,但如果在根本不瞭解相對論的情況下,僅憑個人感覺和愛好就去質疑相對論,那就毫無意義了,純屬找存在感而已!

相對論中的「時間膨脹」讓很多人感到困惑:時間不應該是絕對的嗎?為何說速度越快,時間就越慢呢?

其實,「時間膨脹效應」並不難理解,並不需要什麼高深的知識,甚至只需要國中數學知識就能夠快速理解。下面就簡單分析一下為何速度會影響時間的快慢。

假設一輛汽車以速度V行駛,汽車裡有一個人手裡拿著手電筒垂直朝上,打開手電筒。由於光速不變原理,無論汽車如何運動,光的速度都是光速。

所以,我們假設以汽車為參照系時,手電筒的光垂直飛行一段距離用時為t,而以地面為參照系用時為t‘。

以汽車為參照系時,光飛行的距離為ct。而以地面為參照系時,距離為ct‘,汽車行駛的距離為vt。用畫圖表示出來就很好理解了,如下圖:

從圖中可以看出,汽車參照系下,光飛行的距離更長,相當於一條斜線。這裡需要注意一點:僅僅是在地面參照系下ct才相當於一條斜線,並不是說在地面參照系下手電筒的光是斜著向上飛的,實際上仍舊是垂直向上飛行的。

這樣,我們利用勾股定律,很容易就能得到下面的計算公式:

結果也就表明:以汽車為參照系經歷的時間t,與在地球為參照系經歷的時間t‘並不一樣,由於v永遠只能小於c,所以t’永遠小於t,這也就是時間膨脹,地面上的人會看到汽車裡的人的時間變慢了,好像慢動作一樣。當然,由於地面上的速度都遠小於光速,v遠小於c,所以,時間膨脹效應可以忽略不計,我們不可能直觀地感受到時間變慢了!

這也是為什麼會有著名的「雙生子佯謬」:一對雙胞胎兄弟,弟弟留在地球上,哥哥以亞光速乘坐飛船離開地球,若干年後哥哥再次返回地球,會發現弟弟早已白髮蒼蒼而自己仍舊很年輕,因為哥哥乘坐亞光速飛船,他的時間變慢了!

不過,如果哥哥永遠不返回地球,他就不會直觀地感受到時間膨脹效應,「時間膨脹」對於哥哥弟弟來說就毫無意義了。如果哥哥和弟弟都能看到對方,哥哥會發現弟弟的時間變慢了,弟弟也會發現哥哥的時間變慢了!

那麼到底誰的時間變慢了?

哥哥和弟弟都沒錯,因為他們站在兩個完全不同的參照系得出的結論,兩者的比較就失去了意義。而只有哥哥和弟弟重新來到同一參照系下(比如哥哥返回到地球),時間流逝的速度快慢才有意義。結果還是哥哥的時間變慢了,因為哥哥經歷了加速和減速過程,而弟弟沒有(這裡就不詳述了,從狹義相對論分析有點複雜,廣義相對論就很容易理解)。

到了這裡,你或許應該明白了,原來時間和速度兩個看起來毫不相干的東西,竟然有如此密切的聯繫,我們可以簡單這樣說:時間,因光速而存在!



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