知識筆記|時間為什麼會變慢

知識筆記|時間為什麼會變慢

來自頭條

狹義相對論中有很多與我們固有時空觀相“違背”的結論,如“時間膨脹”、“空間收縮”等效應,它們到底是怎麼回事?其實這主要是狹義相對論的推論。狹義相對論有兩條基本的假設(這也不算是假設了,已經得到科學的證明了)。

  • 光速不變,與光源的運動狀態無關
  • 任何慣性系下,物理規律不變

經典力學,即牛頓力學認為時間是絕對的,即 t=t' ; Delta {t}=Delta{t'}.而根據愛因斯坦狹義相對中的兩條基本假設,可以得出時間並不是絕對的,可以理解成不同的參考系都有其自己的一套時間(經典的教材都會以“同時性的相對性”來展開論述,很著名的例子就是愛因斯坦提出的在火車上的人和鐵軌旁的人對閃電同時擊中了鐵路兩側的不同觀點)。愛因斯坦的狹義相對論改變了人們對時空的固有看法。

針對一些違揹我們固有時空觀念的問題,正如開頭的所說,都可以用狹義相對論中的推論來解答。不要把問題想象的多複雜,諸如“時間膨脹”,“空間收縮”等問題都是基於狹義相對論中兩條基本假設的推導。首先,以一個簡單的例子來理解下不同參考系下的時間,在不同參考系中光速是不變的,那麼可以光子運動一定位移所需的時間來計時(如Fig.1,簡單理解為光子上下往復運動)。

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Figure 1 光子計時

接下來,假設我們在地面看一枚火箭載著“光子計時”設備在宇宙中以速度v飛行,我們在地面看見光子的運動軌跡如Fig.2中的虛線所示。

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Figure 2 在地面看火箭載著“光子計時”設備在宇宙中穿梭。A,B,C分別代表火箭飛行過程中的三

我們在地面同時有一個與火箭中一樣如Fig.1所示的“光子計時”設備,現在假設火箭由A飛行到C的過程,地面經過的時間為

t',火箭上經過的時間為t;由基本幾何知識可以得到如下等式

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變換上式得

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上式就是著名的洛倫茲變換,通過上式可以看出不同的參考系有著自己的一套時間,而且當速v相對於c較小的時候,上述情況就近似經典力學的規律。如果感興趣,可以試著找些教材去學習,嘗試推導下“空間收縮”效應;也可以看下一些相關的科普書籍,有些感性的認識。

希望對你有幫助。

Reference

1、郭碩鴻.電動力學.

2、汪潔.時間的形狀.


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