教你用《相對論》理解時間爲什麼會變慢!

教你用《相對論》理解時間為什麼會變慢!

先學習一下極簡版的《相對論》基礎知識!

相對論的第一個假設——光速不變。

要改變對一個事物的認知,就要跳出原有認識陷阱,摒棄固有經驗!對光速的認知也是如此,光速不變在日常生活經驗場景下思考,會讓人感到匪夷所思。

宏觀物體的速度總會因為參考系的變化而變化,這點很容易想見。無論是用形象思維還是抽象思維,都會得出速度隨參考系變化而變化的結論。

比如人在扶梯式電梯上走動,人相對於電梯式靜止的,但人相對於地面的速度卻是人走動速度與電梯速度的疊加。

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以上這種認知用在光速上卻是大錯特錯的!首先MM實驗和赫茲的實驗都證明,光源移動並不影響光速。

比如開著大燈行進的汽車,大燈射出的光速不是光速+車速!光速不會因為汽車前進、倒退或者是靜止不動而改變。

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麥克斯韋則用他那最優美的“麥克斯韋方程組”推導出光速只會隨著介質的不同而改變,真空中光速還是不變!

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光速不變的結論顛覆了我的世界觀,光速可以認為是時空的一個重要屬性,時空本身作為一個系統以光速運動,我們日常觀察到的速度僅僅是光速在空間上的分量而已。(有不同觀點的歡迎拍磚)

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直接理解或想象光速不變原理是很困難的,這需要藉助思想工具奧卡姆剃刀。

如果說想讓一個理論很好的符合現實,那麼就要用最少的假設條件去模擬刻畫出符合實驗的結論。(不明白奧卡姆剃刀原理的可以翻看我的另一篇文章《中醫的“經絡穴位”到底是科學還是臆想》)

MM實驗就否了以太的存在。同樣光速不變原理也是奧卡姆剃刀剃過之後得到的基本假設。到此,相對論的第一個基石:光速不變原理敲定!

相對論的第二個基石:任何慣性系內物理規律不變

在慣性系中物理規律不變,這是愛因斯坦狹義相對論的第二個基本假設。MM實驗本身也沒有發現空間存在各向異性,而且“物理規律不變”這個結論也符合奧卡姆剃刀原理。

下圖是一節火車車廂,裡面有A、B兩個感光儀器,在A、B兩點的正中心放置一個爆閃裝置,AB兩點的距離是2L0。那麼當車廂靜止的時候,引爆爆閃裝置,根據光速不變原理很容易得出閃光到達A、B的時間tA和tB是相等的。

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下圖是火車車廂以速度V向右方行駛,我們再次引爆AB兩點中心的爆閃裝置,這時候根據光速不變原理計算出閃光到達A、B的時間tA和tB是不相等的,且tA<tB!

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從圖中可以很明顯的看出由於兩個基本假設所以推出在不同的參考系中時間是不一樣的,當然我們開的是上帝視角,是站在第三者旁觀的位置觀察事件本身!

這裡在次著重在理解一下,光速本身如同報數的戰士,口令在不斷傳遞,和任何運動都無關。

接著燒腦,理解時間膨脹或萎縮!

下面三幅圖是一艘上下艙壁有鏡面的宇宙飛船,光子在鏡面之間反射。

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第一幅圖是以地面為參照物研究光子運動的瞬間

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第二幅圖是以宇宙飛船為參照物研究光子運動

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第三幅圖是以地面為參照物研究光子運動從開始到結束的整個時間段。

然後是根據第三幅圖純手工推導:

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你懂了嗎?其實只要你理性思考,用基本假設做邏輯推理就能得出令人匪夷所思卻又無比正確的結論,親手去試一試而不是人云亦云,這就是獨立思考的樂趣!


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