愛因斯坦的這個小實驗,證明速度越快,時間流逝越慢

2021-02-13 銀河守望

今天和大家聊一聊關於愛因斯坦在相對論中提出的這個關於時間流逝的小實驗，很生動的講解了為何物體運動速度越快，其時間相對流逝就越慢。

在20世紀之前，我們一直認為是時間只是記錄空間中物質運動的一個維度，時間在任何空間中，其流逝方向都是單項、不可逆的，時間的流逝速度都是相同的，這就是我們傳統的絕對時空觀，但是在20世紀初，一位名叫阿爾伯特·愛因斯坦的物理學家創造性的將時間與空間聯繫在了一起，構建了以相對論為基礎的相對時空觀，在相對論中愛因斯坦提出了這樣一條定論，即時間膨脹效應（鍾慢效應）：運動時鐘的指針行走的速率比時鐘靜止時的速率慢，換句話說就是：物體的運動速度越快，其時間流逝就越慢。

因為時間是看不到、摸不著的，所以我們感知時間、記錄時間往往需要加入一個參照量，這個參照量就是物體運動，我們將地球自轉一圈視為一天，我們將地球公轉一圈視為一年，而物體的運動速度越快，其時間流逝就越慢這個定論又是怎麼得出來的呢？請大家認真閱讀下面這個小實驗。

首先要先選擇兩個世界上最精準的時鐘，即光子鍾，光子鐘的運行原理很簡單，如下圖，光子鐘的上面與下面是相距15釐米的鏡子，鏡子的中間是一個光子因受到兩面鏡子的反射而做垂直上下運動，當光子鍾處於靜止狀態時，光子運動時間是很容易計算的，15釐米的距離除以光速=光子運動的時間。

但是如果將這個光子鍾拿到正在進行高速運動的宇宙飛船中，那麼一切就變得不一樣了，對於飛船裡的人來說，人與光子鍾處於一個速度的運動狀態下，所以飛船裡的人看光子鍾仍然是垂直上下運動，當是將這個高速運動飛船中的光子鍾與地面靜止狀態下的光子鍾做比較，光子鐘的光子則處於沿著斜線運動的狀態。

根據愛因斯坦相對論中的光速不變原理，光子沿斜線運動導致光子在鏡子中反射回合變長，運動距離的增加導致相對時間流逝變慢，但飛船中相對時間變慢只是針對於地面靜止的光子鍾，在飛船中與光子鍾保持等速運動的人是感覺不到的。

所以就誕生了著名的鐘慢效應：運動時鐘的指針行走的速率比時鐘靜止時的速率慢。

既然飛船的時間與地面靜止時間發生了偏差，那麼高速運動飛船的時間該如何計算呢？其實也很簡單，根據勾股定理：(ct)2+(vt)2=(ct)2，可推導出

根據推導出的這個時間方程，我們可知：物體速度越大，時間流逝就越慢，一旦物體運動的速度達到光速，時間就等於了零，也就意味著時間靜止了！

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  • 憑什麼速度越快時間越慢
    可以通過把自己的速度加到成，可以通過把自己的速度加到足夠快，可以通過把自己的速度加到是夠快，讓自己的時間相對於其他人變慢，這樣我們就可以讓自己穿越到未來了，那為什麼速度越快速度越慢呢，大家應該都知道這個結論是，來源於愛因斯坦的狹義相對論，其實這個狹義相對論有很多推論，剛才說的就是「
  • 黑洞在吞噬物體時, 要怎樣理解因為引力越大, 時間流逝越慢?
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    愛因斯坦的相對論是科學史上一個重要的裡程碑，當初愛先生提出這個相對論的時候，遭到了很多人的反對。他們認為這個是非常荒謬的。因為牛頓建立的經典力學表明，時間和空間是絕對的。時間不受任何因素影響，它在均勻的流逝著。但是愛先生憑藉他高超的智商和思考能力，提出了時間和空間是相對的。
  • 為啥物體速度越快，時間相對越慢，超過光速，可以發生時光倒流？
    愛因斯坦的相對論是科學史上一個重要的裡程碑，當初愛先生提出這個相對論的時候，遭到了很多人的反對。他們認為這個是非常荒謬的。因為牛頓建立的經典力學表明，時間和空間是絕對的。時間不受任何因素影響，它在均勻的流逝著。
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    理論上說，當運動速度越快，時間越慢，當運動速度趨近於光速，時間就趨近於靜止，但理論上並沒有說「達到光速」，時間會怎麼樣。在狹義相對論中，是已經禁止了任何有靜質量的物體達到光速的可能。一個靜質量為m0的物體，隨著它運動速度的加快，它的動質量M將會如此變化，看如下公式，當速度v逐漸增加，動質量M增加，當v趨近於光速c時，M趨近於無窮大，給一個具有無窮大質量的物體進行加速，理論上需要無窮大的能量，這是不可能的。所以，狹義相對論中規定，一切有靜質量的物體皆不可能達到光速。
  • 時間的重要特性
    下邊我剖析一下時間。 現代科學之父愛因斯坦，愛因斯坦通過物理實驗，發現影響時間流逝速度兩個重要因素。 1.對鐘錶的引力有關，日常的鐘表都是在大地引力場作用範圍，所有鐘錶走動同步且均勻。如果對某個鐘錶施加比地球更大的引力場，這個鐘錶走動變慢了。反之就會跑的更快了。 2.鐘錶走動快慢和鐘錶的相對大地（設為靜止參照物）的移動速度有關，移動速度越快，鐘錶走動越慢。
  • 我們跑的越快時間越慢?
    我們跑的越快時間越慢？這一小時和地球的一小時時長一樣，時間快慢感受一樣嗎？是什麼原因導致在這個星球一小時而地球已七年呢？按照影片裡Cooper沒有衰老，我想這一小時的時長和快慢感受應該和地球是一樣的。愛因斯坦的狹義相對論預言了鍾緩效應 (time dilation)，也被稱作鍾慢效應：當觀測者做勻速直線運動時，速度越快，他所真實經歷的時間過得越慢。
  • 什麼是「時間箭矢」理論?霍金說速度越快時間越慢,你信嗎?
    如果是別人說出這個觀點，必然會引起鬨堂大笑。每個人都認為時間是看不見，摸不到的，甚至它是否存在，都沒有人能說清。但是從霍金口中提出這個觀點，人們卻笑不出來了，這位一輩子都貢獻給科學的人不會開這樣的玩笑，沒有證據霍金也肯定不會亂說。
  • 超光速會讓時間倒流嗎?愛因斯坦沒有說過
    根據一種廣為流行的說法，一旦速度超過光速，時間就會發生倒流。那麼，為什麼有人會說超光速會讓時間倒流？時間不是一直在向前流逝嗎？ 愛因斯坦沒有說過 超光速會讓時間倒流的說法其實源自於狹義相對論，但這是對愛因斯坦理論的一個嚴重誤解。
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    根據愛因斯坦相對論，速度越快時間越慢，那麼跑步賽場上的人是否比我們年輕？在討論狹義相對論的時間膨脹效應時需要注意一點，時間變快或者變慢都是相對於其他參照系中的觀測者，自身是不會感知到時間的流逝速率。以題主所提出的的問題為例，跑步的人相對於靜止在地面的人做運動，對於靜止者來說，跑步者的時間過得慢一些。如果跑步者停下來，他與靜止者所經歷的時間是不一樣的。跑步者認為的時間更短一些，所以跑步者顯得更年輕一些。
  • 物理學界：自牛頓和愛因斯坦時期後，有什麼重大發現嗎？
    如今，大多數人普遍認為，這個世界上只有時間最為公平，無論是窮人還是富人，每天時間流逝的速度都是相等的，時間不會因此區別對待，少給窮人一分鐘，也不因為富裕多給他一分鐘時間，令人意想不到的是，早在100多年前，偉大的物理學家愛因斯坦竟發現時間並非絕對相等，在1905年的《狹義相對論》中，他表明當物體的速度越快，時間就會流逝的越慢，在1915年的《廣義相對論》中，他重新提出當物體周圍的引力場越強，時間就會流逝的越慢