前面幾期文章中,我重點談到廣義相對論中「引力場使時間變慢」這個效應,不少網友指出如果引力和高速運動都能使得時間變慢,狹義相對論和廣義就會有巨大矛盾?這期我就針對這個問題給大家談談。
引力場時間變慢,這是廣義相對論裡面的內容,而高速運動物體時間變慢,是狹義相對論研究的內容。如果這兩者真的衝突了,那就是廣義和狹義相對論衝突了,不過可惜這並沒有衝突,而且廣義相對論的基礎就是狹義相對論。
首先狹義相對論告訴我們,一個物體運動速度越快,時間越慢,但是這個時間變慢,是地面人看運動的物體感覺變慢了,運動人自己感覺不到。這也就是所謂「時間變慢」這個效果本身也具有相對性。如果一個物理量是絕對的,那麼無論選啥參考系,物理量大小都不會變。
但是廣義相對論說「引力」會使得物體時間變慢,這裡的變慢似乎是「哪裡有引力,哪裡的時間就變慢」,隱隱的感覺廣義相對論把時間這個物理量絕對化了,不會因參考系的變化而變化,這樣一來,豈不是與狹義相對論中關於時間具有相對性衝突了嗎?
其實並不是,廣義相對論裡面的時間依然是相對的,也會隨著參考系變化而變化,只不過這個時候的參考系不再是狹義相對論裡面的「慣性系」,而是「非慣性系」,既然是討論非慣性系,必然意味著參考系受力了。舉個例子,你處於地球A處,我處於地球B處,如果我們受到的引力不一致,我們的時間快慢就不同,但是只要我們受到的引力一致(其實引力不存在,這裡表達的是我們所處位置的時空彎曲程度一致),那麼我們的時間就會一樣快。
這裡有個知識要注意:廣義相對論中的參考系其實不是速度為準,而是以"引力「為準。以前狹義相對論遇到處理加速度參考系的情況,就變得非常複雜,必須要把每個瞬時速度當成一個慣性系,加速過程等效於無數個慣性系不停切換,然後做定積分才能計算出結果,現在廣義相對論可以直接處理非慣性系了,所以廣義相對論從某種意義上來說,彌補了狹義相對論的不足。也就是說時間變慢這個效應,在廣義相對論仍然具有相對性,和你所處的引力場強度有關。
所以廣義相對論中的「時間變慢」和狹義相對論中的「時間變慢」都是完全一致的,並不矛盾。其實根據以上的分析,我們可以看出,當面對非慣性系時,引力大小就像在拖拽著時間,硬生生把你的時間拖慢,就如同狹義相對論中,速度越快,你的時間也被拖慢是一個道理。所以地球上處於1樓人時間也的確比處於20層樓的人時間過得更慢,因為1層樓的人受到的引力會>20層樓的人(即1層樓時空彎曲程度>20層樓),不過根據萬有引力公式你會發現,其實20層和1層引力相差非常非常小,根據廣義相對論計算出來的時間流逝差也非常小,基本可忽略不計。
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