教你用《相对论》理解时间为什么会变慢!

先学习一下极简版的《相对论》基础知识!

相对论的第一个假设——光速不变。

要改变对一个事物的认知,就要跳出原有认识陷阱,摒弃固有经验!对光速的认知也是如此,光速不变在日常生活经验场景下思考,会让人感到匪夷所思。

宏观物体的速度总会因为参考系的变化而变化,这点很容易想见。无论是用形象思维还是抽象思维,都会得出速度随参考系变化而变化的结论。

比如人在扶梯式电梯上走动,人相对于电梯式静止的,但人相对于地面的速度却是人走动速度与电梯速度的叠加。

以上这种认知用在光速上却是大错特错的!首先MM实验和赫兹的实验都证明,光源移动并不影响光速。

比如开着大灯行进的汽车,大灯射出的光速不是光速+车速!光速不会因为汽车前进、倒退或者是静止不动而改变。

麦克斯韦则用他那最优美的“麦克斯韦方程组”推导出光速只会随着介质的不同而改变,真空中光速还是不变!

光速不变的结论颠覆了我的世界观,光速可以认为是时空的一个重要属性,时空本身作为一个系统以光速运动,我们日常观察到的速度仅仅是光速在空间上的分量而已。(有不同观点的欢迎拍砖)

直接理解或想象光速不变原理是很困难的,这需要借助思想工具奥卡姆剃刀。

如果说想让一个理论很好的符合现实,那么就要用最少的假设条件去模拟刻画出符合实验的结论。(不明白奥卡姆剃刀原理的可以翻看我的另一篇文章《中医的“经络穴位”到底是科学还是臆想》)

MM实验就否了以太的存在。同样光速不变原理也是奥卡姆剃刀剃过之后得到的基本假设。到此,相对论的第一个基石:光速不变原理敲定!

相对论的第二个基石:任何惯性系内物理规律不变

在惯性系中物理规律不变,这是爱因斯坦狭义相对论的第二个基本假设。MM实验本身也没有发现空间存在各向异性,而且“物理规律不变”这个结论也符合奥卡姆剃刀原理。

下图是一节火车车厢,里面有A、B两个感光仪器,在A、B两点的正中心放置一个爆闪装置,AB两点的距离是2L0。那么当车厢静止的时候,引爆爆闪装置,根据光速不变原理很容易得出闪光到达A、B的时间tA和tB是相等的。

下图是火车车厢以速度V向右方行驶,我们再次引爆AB两点中心的爆闪装置,这时候根据光速不变原理计算出闪光到达A、B的时间tA和tB是不相等的,且tA<tB!

从图中可以很明显的看出由于两个基本假设所以推出在不同的参考系中时间是不一样的,当然我们开的是上帝视角,是站在第三者旁观的位置观察事件本身!

这里在次着重在理解一下,光速本身如同报数的战士,口令在不断传递,和任何运动都无关。

接着烧脑,理解时间膨胀或萎缩!

下面三幅图是一艘上下舱壁有镜面的宇宙飞船,光子在镜面之间反射。

第一幅图是以地面为参照物研究光子运动的瞬间

第二幅图是以宇宙飞船为参照物研究光子运动

第三幅图是以地面为参照物研究光子运动从开始到结束的整个时间段。

然后是根据第三幅图纯手工推导:

你懂了吗?其实只要你理性思考,用基本假设做逻辑推理就能得出令人匪夷所思却又无比正确的结论,亲手去试一试而不是人云亦云,这就是独立思考的乐趣!