國際空間站內的時間流逝會不會比地球表面慢?

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關於這個問題,需要綜合考慮狹義和廣義相對論造成的時間膨脹效應。這是因為與地球表面相比,高速運動的國際空間站上的時間過得更慢(狹相),而處在較弱引力場中的國際空間站上的時間過得更快(廣相)。最終的結論是,會。

根據狹義相對論,國際空間站的時間ΔT、地面時間Δt、國際空間站的速度v和光速c的關係如下:

由於國際空間站的軌道速度為7.67千米/秒,代入上式可得:

ΔT≈0.999999999673Δt

這意味著由於狹義相對論,地面上的時間過1秒,國際空間站上的時間過0.999999999673秒,所以國際空間站上的時間過得慢一些。如果地面上過了整整一天的時間,那麼,國際空間站上的時間會慢了28.3微秒;如果是一年,則是10.3毫秒。

根據廣義相對論,在弱場且自轉速率較低的情況下,引力場中的時間ΔT與遠離引力場的時間Δt0有著如下的關係:

在這裡,G表示萬有引力常數,M表示地球質量,r表示參照系與地心的距離。

代入地球半徑(6371千米),可以得到地面上的時間ΔT1與遠離引力場的時間Δt0的關係:

ΔT1≈0.999999999304Δt0

可以看到,受到地球引力的影響,地面上的時間要比遠離引力場的地方過得更慢。

由於國際空間站的軌道高度為400千米,可以得到國際空間站上的時間ΔT2與遠離引力場的時間Δt0的關係:

ΔT2≈0.999999999345Δt0

可以看到,受到地球引力的影響,國際空間站上的時間也要比遠離引力場的地方過得更慢。但由於國際空間站離地心更遠,所處引力場較弱,所以那裡的時間要比地面上過得更快,具體關係如下:

ΔT2≈1.000000000041ΔT1

這意味著由於廣義相對論,地面上的時間過1秒,國際空間站上的時間過1.000000000041秒,所以國際空間站上的時間過得快一些。如果地面上過了整整一天的時間,那麼,國際空間站上的時間會快了3.5微秒;如果是一年,則是1.3毫秒。

因此,綜合狹相和廣相,國際空間站上的時間要比地面上過得更慢。如果地面上過了整整一天的時間,那麼,國際空間站上的時間會慢了24.8微秒;如果是一年,則是9毫秒。可見,這種時間膨脹效應很微弱,對於人類而言是無法察覺的。但如果考慮到定位衛星的時鐘,這種效應就不能忽略了。


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