「引力」和「高速運動」都會使時間變慢,相對論出現了巨大矛盾?

2020-12-03 小彭來給您解惑

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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  • 「引力」和「高速運動」都會使時間變慢,相對論出現了巨大矛盾?
    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。
  • 廣義相對論中引力是如何使時間變慢的?
    按照狹義相對論,運動的尺會縮短,運動的鐘會變慢,這是狹義相對論的「尺縮鍾慢」效應、尺縮鍾慢的意思是,當你測量一個距離,比如地球到月球的距離,你靜止的時候測量到的地月距離是l,當你駕著飛船從地球高速飛向月球時測量到的距離就會小於l,並且速度越大測量到的地月距離就越短。狹義相對論有一條基本原理叫相對性原理,意思是物理規律在所有的慣性系中具有相同的表現形式。
  • 「廣義相對論」和「狹義相對論」都說時間會變慢,有啥區別?
    廣義相對論和狹義相對論我在前面的文章中都講了不少,其中有個效應:時間變慢,不少朋友仍然有很多疑惑,所以今天這期節目就針對「時間變慢」效應給大家再度剖析。我們來回顧狹義相對論裡面的「時間變慢」,說的是你相對於地面靜止,一列火車相對於地面運動速度是0.1c,c是光速。
  • 為什麼引力會使時間變慢?
    這個問題如果真得仔細答來,那得需要從廣義相對論的開頭開始講起,而在此之前還需要了解狹義相對論,畢竟引力這個東西,在相對論理論被解釋為時空彎曲,而時空則是相對論最核心的概念。想要通過一篇問答來仔細講準確廣義相對論是不現實的,因此我們可以先從狹義相對論開始入手,畢竟狹義相對論中也是存在鍾慢(也就是時間變慢)效應的,而狹義相對論只是廣義相對論在時空平直時的特殊形式,因此了解狹義相對論十分有必要。狹義相對論的兩大基本前提:狹義相對性原理和光速不變原理。
  • 愛因斯坦:為什麼引力越大,時間變慢?
    時間膨脹    時間變慢這個觀點在相對論沒有誕生之前簡直是不可想像的,但1905年愛因斯坦提出《狹義相對論》後就提出了一個著名的預言:鍾慢效應!也就是運動時鐘的「指針」行走的速率比時鐘靜止時的速率慢,這就是時鐘變慢或時間膨脹。    但這一效應真正是在廣義相對論提出後被證實的!
  • 到底誰的時間變慢了
    ,所以說如果以地球上的妹妹作參考系,那麼飛般上的姐姐在高速運動中,那麼飛船上的姐姐在高速運動中。時間會變慢姐姐是更年輕的,時間會變接加是更年輕的,反之如果以飛船作為參考系,那麼地球上的妹妹處於高速運動中,她的時間會變慢,也就是妹妹更年輕,這個有點量子力學裡「疊加態」的感覺,同一事物同時存在於兩種狀態,當你要具體測量時,選中了一個參考系,這才變為最終的確定狀態,好了回到剛才的「雙生子伴繆」,如果這就是,要比較就讓她們倆見個面,真正面對面比較,參考系也一樣了
  • 根據相對論,運動的人時間會變慢,那靜止的人有可能時間變快嗎?
    我們將題主的問題分為兩部分:①運動的人,其時間會變慢。②靜止的人,如何改變自己的時間?先來看第一部分,所謂運動的人時間變慢,這是基於狹義相對論的結果,但這個時間變慢在不同參考系內的看法是不一致的,因為關鍵在於相對速度是多少,下式就是狹義相對論關於時間膨脹的公式其中v指的是相對速度,也就是說當觀察者立於地面不動時,面前跑過去一個人,那麼觀察者就能得出跑步者時間變慢的結論
  • 狹義相對論和廣義相對論的區別是什麼?
    要了解狹義相對論和廣義相對論的區別,我們首先要搞清楚,這兩個理論大概說了什麼?狹義相對論我們先從狹義相對論說起,其實狹義相對論解決了一個物理學的重大矛盾。而這裡的相對性原理,說白了就是經典物理學的老套路,在研究運動時,需要先選個慣性參考系。通過這兩條假設,愛因斯坦出了很多奇葩的結論,比如:時間膨脹。說的是,如果你想對於我高速運動,那我看你的時間就會變慢,這種變慢可以理解成,如果你在高速的飛船裡做操,那我這裡看到的就是你在慢動作做操。而你自己其實感覺到的時間是正常流逝。
  • 時間沒有質量,甚至於根本不是物質,為何引力還可以讓時間變慢?
    光子會受到引力的作用,這是很好理解的,因為光本身也是一種物質,它除了沒有靜止質量以外,和其它的物質並無不同,但如果說時間也會受到引力的影響,那麼恐怕很多人就難以接受了,雖然難以接受,但這卻是事實。時間真的會受到引力的影響嗎?是的,讓我們以一個我們每個人每天都會用到的東西為例來說明這個問題,這個東西就是GPS。
  • 時間沒有質量,甚至於根本不是物質,為何引力還可以讓時間變慢?
    ,和其它的物質並無不同,但如果說時間也會受到引力的影響,那麼恐怕很多人就難以接受了,雖然難以接受,但這卻是事實。GPS衛星軌道位於地球表面2萬公裡以上,在這裡所受到的引力作用要比在地球表面小得多,而引力會使得時間流逝速度變慢,所以GPS衛星的時間流逝速度要快於地球表面的時間流逝速度。
  • 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
    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。
  • 時鐘雖然不會變慢,但時間真的會變慢,鍾慢效應與狹義相對論
    而時間與它們不同,看不見摸不著,所以很多人甚至認為時間是不存在的,認為時間只是一種人為的計量概念,是用來記錄物體運動和變化的。在宏觀世界中,時間的確是用來計量物質變化的,但這種計量方式並不是人為所發明的,時間真實存在,且與空間密不可分。時間真實存在,且與空間密不可分,所以二者並稱為時空。
  • 為什麼引力越大時間越慢,時間難道不是客觀存在的嗎?
    實際上,相對論所使用的範圍很廣,考慮到的整個尺度是超越人類所處宏觀低速世界。因此,它是極其顛覆三觀的,尤其顛覆的是時空觀。所謂時空觀指的就是對於時間和空間的理解。為什麼這麼說呢? 想要理解這個問題和相對論,我們就需要從時間本身的定義出去。 時間是什麼?
  • 鍾慢尺縮是因為高速物體質量變大引起的時空彎曲導致的嗎?
    一開始跟時空彎曲扯不上半點關係,因為那時愛因斯坦還沒有創立廣義相對論。狹義相對論的適用範圍是慣性系,它的時空是平直的、純粹的,它還沒有真正把時空與物質及其運動聯繫起來。所以它仍屬於經典物理範疇。在狹義相對論中,鍾慢尺縮和高速物體質量變大只是效應。
  • 徹底說明白相對論的時間變慢
    但現在,你隨便揪出一個物理系的學生,沒有不懂相對論的。畢竟世界已經被教育了100多年了嘛。相對論中有很多有趣的邏輯,今天我來說說時間變慢這回事。說先道出結論:移動的物體時間會變慢,移動的越快的物體時間就變的越慢。為啥會這樣呢?因為我們是用眼睛看的。你是否覺得我在胡扯。別急,慢慢看。
  • 光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論
    (推導)(二)高速飛行的飛船相對時間會變慢。(理論與推導)(三)假如飛船可以達到光速,時間的確可以相對靜止。(理論與推導)為什麼飛船達不到光速?當飛船高速飛行時如果一艘飛船接近光速,地面上的人可以觀察到飛船內的時鐘,會走得比地面上的慢,這就是狹義相對論的鐘慢效應。(假設地面上的人有千裡眼,能觀察到飛船內的時鐘)假設地面和飛船各有一個拿著計時器。
  • 憑什麼引力越大時間越慢
    今天我們來聊一下,關於廣義相對論的一個結論,就是「引力越大時間越慢」,科幻作品裡經常出現,比如《星際穿越》裡的「穿越」,靠的就是這個,那麼這個結論對於普通人該怎麼理解呢,為什麼引力越大時間就會越慢,當然真正在廣義相對論單期。
  • 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?
    看著眼前巨大的鐘塔漸漸遠去,愛因斯坦突發奇想,如果電車以秒速186000英裡的速度行駛,鐘樓的指針將會呈現完全靜止的狀態。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?
  • 為什麼越靠近金字塔,時間就會變慢?
    據說,金字塔的重量非常巨大,對周圍的任何事物都有萬有引力,因此只要是接近金字塔的人,其時間就會變慢,不過這種效應出現的概率非常小,只有十億分之一秒亮級。中的一個結論:引力使時間變慢。實際上,當人走近一座大山的時候,時間變慢的效果會更加顯著。因為從理論上來說,實心的大山應該比空心的金字塔重,所以引力就相對要更大點。看過《星際穿越》的人肯定會記得,由於黑洞引力太強大,所以時間流逝得非常慢,也就是說,靠近黑洞運行的星球上,其一個小時的時間相當於地球上的7年。