高速運動時間膨脹,引力也導致時間膨脹,讓我們來到理論的邊緣

2021-01-11 向美好的世界獻上祝福

在愛因斯坦的狹義相對論中,描述了高速運動物體導致時間膨脹的神奇效應。這讓人們不禁想:如果我們真的坐飛船進行太空旅行,回來後發現滄海桑田的變化,那會是一種什麼樣的感受?一定是既新奇又讓人感嘆,還有些嚮往。

今天要說的不是速度引起的時間膨脹,而是關於引力引起的時間膨脹。當然這個說法並不專業,咱們只談觀察到的現象,專業問題還是專業的人去研究吧。

簡單的說就是在不同質量天體附近時間的流速是不同的,越大質量的天體處時間流速越慢。所以在地球上時間流速要慢於在太空中,如果運動速度不夠快,地面的時間流速反而慢。這讓我這樣珍惜生命的人就很糾結了,到底去不去太空呢?:-)!好吧,我去不了太空。

引力的產生,愛因斯坦歸結為時空彎曲產生的等效作用,在大質量天體附近的時空被拉長。光線在大質量天體的附近軌道會產生彎曲,因為時間流速慢,遠處的人會覺得光在它附近走了更長時間,甚至對於黑洞來說光就再也回不來了。

為了研究引力愛因斯坦用了8年時間,寫出了引力場方程。

這個方程求解很困難,人們一般採用近似方法求解,愛因斯坦通過這種方法提出了很多假設。例如在閔可夫斯基空間就是這個方程在曲率為零的情況下的特殊解。

史瓦西在1916年推導出廣義相對論球對稱引力場方程的嚴格解。聽起來是求解了一個方程的解。而每個解意味著一種形式的宇宙模型,這裡有一個現在人們常用的概念,史瓦西半徑。

根據這個半徑,就有了黑洞的事件視界,黑洞如何產生等的理論基礎,人們可以推算宇宙的可能性質。

這些理論都很難理解,計算過程繁複難懂,但是關於時空彎曲產生引力有一個很新奇的想法來解釋。

可以這樣想,目前在太空與地球上時間的流速不同,這是已經被證實了的,例如在我們的GPS定位中,已經得到了很好的驗證。

可以這樣想,首先把引力去除掉,想像一個人在地球外的太空中,因為沒有引力所以它因該是水平移動。但因為時間流速是不同的,所以人的頭部和腳的流速不同,即使這個時間相差很少很少,但確實不同,這就造成頭部流速大於腳步,人的運動方向就會逐漸落向地球。我想這是一個對於引力是時空彎曲產生的效應得很好解釋。

越高處時間流速越快

正如愛因斯坦的徒弟惠勒所說的那樣,物體的質量告訴時空如何彎曲,時空彎曲告訴物體如何運動。那麼問題來了,物體質量為什麼導致時空彎曲?

相關焦點

  • 時間膨脹效應
    稍微了解過相對論就知道相對論中有一個名詞叫做時間膨脹效應,在大質量天體附近,時空會被扭曲,時間流速相對這個天體引力場之外的地方較慢。在著名科幻電影《星際穿越》中有過這種場景的描述,主角在黑洞附近的水星球呆了一個小時,飛船上的船員卻說他們去了7年。
  • 為什麼時間會膨脹,達到光速時間停止怎麼理解?
    這個動態的主要內容就是在不同的慣性參考系,時間流逝是不一樣的。導致這種時間變化的就是時間膨脹。引力時間膨脹遵循的公式表達為:t'=t*√(1-2GM/rc)式中,t'為引力時間膨脹效應值;t為低引力慣性系觀測者時間流逝值;G為引力常數,取值6.67x10^-11N·m/kg;M為天體質量;r為天體半徑;c為光速。
  • 為什麼越來越多的人感覺時間變快了?是宇宙膨脹導致的?
    有人認為時間之所以變快是因為宇宙膨脹導致的!要究其原因,我們就得先對宇宙膨脹有所了解。據科學家公認的研究結果,宇宙目前的年齡是138.2億年,宇宙的可觀測直徑是930億光年,宇宙的誕生是奇點大爆炸,大爆炸使宇宙開始膨脹,而且,時至今日還依舊在膨脹著。
  • 為什麼越來越多的人感覺時間變快了?是宇宙膨脹導致的?
    有人認為時間之所以變快是因為宇宙膨脹導致的!要究其原因,我們就得先對宇宙膨脹有所了解。    根據愛因斯坦的相對論,速度的變化會改變時間的流逝,這就是時間膨脹論。    在狹義相對論中,運動速度會使運動對象的時間流逝速度變化,運動速度越快時間流逝速度越慢。
  • 如果宇宙在膨脹,我們也在膨脹嗎?
    相反,我們將空間和時間視為相對的:您在空間中的運動會影響您在時間中的運動,反之亦然。這是狹義相對論背後的核心思想,這使我們拋棄了我們關於「絕對空間」和「絕對時間」的舊思想,取而代之的是時空概念。相對論對於所有觀察者來說都是靜止的還是運動的,它都非常適合,並且代表了我們對牛頓原始運動定律的理解的巨大飛躍。
  • 相對論裡的時間膨脹效應能讓人長生不老嗎?
    很多人都聽說過愛因斯坦的相對論裡有一個奇怪的效應——時間膨脹效應。根據這個效應,運動物體的時間跟靜止物體的時間是不同步的,物體的運動速度越快,時間過得越慢。當物體運動速度接近光速,時間就會變得無比緩慢。於是,就有小朋友腦洞大開,紛紛表示古時候《西遊記》裡說的「天上一日,凡間一年」原來是真的,神話故事終於有了科學依據!嗯嗯!那麼天上神仙的長生不老是不是也能實現了呢?
  • 時間膨脹效應是否存在?
    這原本可能是為了向人們表明天宮的神秘,也能夠更好的區別天上和人間的變化,然而放在現代科學的角度,這完全就是古代版本的時間膨脹效應。但是有很多科學家相信,放在宇宙的巨大尺度下,這種數值可能會被無限放大,從而導致不同空間的時間出現巨大的偏差,人們的認知也因此而被徹底顛覆。
  • 利用相對論裡的時間膨脹,人能實現長生不老嗎?
    根據這個效應,運動物體的時間跟靜止物體的時間是不同步的,物體的運動速度越快,時間過得越慢。當物體運動速度接近光速,時間就會變得無比緩慢。很可惜兩種情況都跟《西遊記》裡神仙所在的天上不符……首先,根據天上一日凡間一年,時間膨脹的比例是1:365,如果要通過高速運動達到這個時間膨脹比例,根據狹義相對論的時間膨脹公式變換計算可以得到以下結果:
  • 時間旅行可行嗎?通過提高速度或藉助引力,我們的確能夠前往未來
    要去往未來,就要實現幻想中的「時間旅行」,這可行嗎?可以說,「去往未來」在理論上是完全可行的,沒有任何科學理論可以限制「時間旅行」的實現。那麼如何才能夠實現時間旅行呢?我們需要依靠時間差。時間差是如何產生的?不同物體的時間流逝速度是不同的,而導致這種不同的就是物體的運動速度。
  • 「暴脹理論」有那麼一段時間,宇宙膨脹的速度是比光速要快
    因為我們現在還沒有包含相對論的量子理論,所以我們真的不知道如何預測宇宙早期發生的事,也就是說開始於「奇點」的宇宙大爆炸途徑很可能並不準確,在那樣的時刻引力效應支配了整個宇宙,可是我們現在連怎麼樣描述它都不知道。
  • 能讓時空彎曲的不僅是質量,還有速度,時間膨脹效應與廣義相對論
    引力可以被描述為物體之間的相互吸引力,但引力的本質並不是力,而是一種幾何效應,所以引力會導致時空的彎曲,引力越大,時空彎曲效應就越明顯。我們可以將時空彎曲分成時間的彎曲與空間的彎曲來分別討論,引力所引發的空間彎曲是顯而易見的,證據就是引力透鏡效應。
  • 時間膨脹:為什麼重力會減慢時間流?
    根據運動定律,離火車較近的閃電發出的光會比離火車較遠的閃電發出的光更早到達那個人。這兩個人對光速的測量在大小上是不同的。但這怎麼可能呢?根據麥克斯韋的理論,光速必須是恆定的,與觀察者的運動無關——這就是所謂的宇宙「基本」事實。
  • 時間膨脹:為什麼重力會減慢時間流?
    與站臺上那個人的時間相比,火車上那個人的時間過得慢一些。他稱這個為時間膨脹。引力時間膨脹愛因斯坦稱他的理論為狹義相對論。它很特殊,因為它處理的是恆速。在現實世界中,物體總是在加速和減速,為了使它與現實世界一致,他需要研究他的理論在涉及加速時的影響。
  • 時間膨脹:為什麼重力能夠使時間變慢?
    同時他也清楚鐘樓的指針將繼續轉動——時間也正常流逝。但對於愛因斯坦來說,時間變慢了。因此,他意識到行駛速度越快,時間流動速度就會越慢,但這是真的嗎?愛因斯坦面對的困境愛因斯坦深受兩大物理學家的影響。一位是愛因斯坦的偶像,發現了運動定律的牛頓;另一位是提出電磁理論麥克斯韋。但是這兩種定理相互對立。
  • 時間膨脹:為什麼重力能夠使時間變慢?
    當時的愛因斯坦只是一名專利技術員,他儘快完成了工作,利用閒暇時間探尋宇宙的真相。當人們嘲笑那些天馬行空的想像是白日夢時,愛因斯坦,這位十足的天才提出了他的理論,我們將他的構思奉為思想實驗。就是在那輛電車上,他的思想實驗徹底革新了近代物理學。
  • 科學家終於發現「時間膨脹」愛因斯坦的預言又被驗證了一個
    一天有24小時,一年有四季之分,在我們看來,時間雖然看不見也摸不著,但是它真實的且客觀的存在。但愛因斯坦卻說:時間可能並不存在,人類被記憶所欺騙。在愛因斯坦的相對論中,他認為時間、空間、物質三者緊密聯繫。
  • 狹義相對論:時間膨脹
    愛因斯坦的相對論分成狹義相對論和廣義相對論兩部分, 其中狹義相對論主要是針對高速運動的物體的規則。
  • 加速膨脹的宇宙,是因為引力逃到了高維空間?
    本文重點:天文學家通常認為,暗能量導致了宇宙的加速膨脹。但是,引力定律在最大尺度上失效也會產生相同的效果。大一統理論的領跑者——弦論提出了一種新的引力定律。弦論不僅僅是描述細微尺度的物理定律,它還能對宏觀世界產生影響。弦論提出,宇宙存在一些普通物質無法進入,但引力或許能逃逸進去的額外維度。這種逃逸產生了不可恢復的時空扭曲,進而造成宇宙加速膨脹。
  • 宇宙停止膨脹時間與彌勒佛問世時間一致?
    時代是立足於現實一步一個腳印走出來的,我們相信未來的新文明會更加美好!附:宇宙將最晚在大約58億年後(宇宙誕生196億年後)停止膨脹根據宇宙穩恆膨脹理論推斷,宇宙將最終會進入膨脹和收縮大致平衡的穩恆態。最新觀測數據,我們已知宇宙目前的微波背景輻射光譜的溫度為2.72548±0.00057K,據此我們可以計算出宇宙進入穩恆態的時間。
  • 引力是個錯覺?本質是物體由時間流逝快墜落到時間流逝慢的地方
    廣義相對論是關於時空的理論,能夠描述黑洞和引力輻射。在廣義相對論中,時空並不是承載事件發生的靜止的舞臺,它是一個動態的、彎曲的幾何構型。引力波就是這個幾何構型上的漣漪,就像我們在湖裡扔一個石頭子會看見水波漣漪一樣。黑洞就像從湖裡流下的水流。這裡的類比並不精確。