時間不是物質更沒質量,那引力為什麼會讓時間變慢?

2020-12-05 李論科學

打小我們的祖先、長輩就教導我們一定要珍惜寶貴的時間,而現實生活也告訴我們時間是連續不斷的東西,它只會向未來單一的方向勻速發展,也就是說,我們沒有辦法找回逝去的時間,也沒有辦法讓時間流速慢下來。時間流(變化率)被認為是宇宙的基本定律之一。即,時間流不能改變。

那麼時間是什麼?

時間是人為規定的一個比較抽象的概念,我們根據地球繞太陽的規律運動確定了一個恆星年,也根據地球的四季變化規定了一個回歸年,這說明我們對時間的概念是根據一件事物有規律的運動總結出來的經驗。也說明時間是事物的無限持續發展,從過去、現在到未來的不可逆事件。

時間是各種測量的組成部分,用於對事件進行排序,比較事件的持續時間或事件之間的間隔以及量化物質現實或有意識體驗中的數量變化率。

現代物理學所說的時間與經典時間概念有很大的不同。1905年,愛因斯坦提出了相對論,即狹義相對論。這一理論改變了我們對整個時空結構和性質的看法。

現在我們要放棄我們心中對時間固有的看法,時間不僅會在我們周圍的事物中流動,還會在我們體內流動。時間只以變化率的形式存在於物質內部,時間的流速在很大程度上取決於物質的相對運動。

狹義相對論下的時間膨脹

在量子水平上,例如在我們的身體內部,存在著相互作用的基本力,這些量子級的基本力以恆定的光速在所有物質內部發生著相互作用(通信),從而導致了原子,分子和細胞水平上的所有變化。因此以光速進行的相互作用就是我們觀察到的時間流逝的極限。

當我們觀察一個非相對運動的物體時,我們只能看到物體內部以光速傳遞的基本力的影響,這也是物質內部變化率或時間流逝的速度。所以不要認為一個靜態的物體是完全靜止的:在它內部,相互作用以光速持續地交互。事實證明,物質內部的相對變化率(時間)與愛因斯坦的光鍾完全同步:

上圖是一個光鍾,在兩個反射鏡之間有一個距離,頂部的反射鏡能計算接收到的光脈衝時間間隔。當我們看到一個相對於我們不動的光鍾(左圖)時,我們看到的時間要比相對於我們運動的光鍾(右圖)快,因為對於我們來說,相對於我們運動的光鍾,光脈衝傳播的距離更長,因此花費的時間就越長。當然相對論,我們要了解這個相對,這說的是另外一個觀測著的看法,認為你運動速度快,時間減慢!但對我們來說,無論我們以多快的速度運動,我們自己時間是不會變化的,該活多少年還是多少年。所以要記住,相對論是別人的理論,跟我們自己無關。這就是狹義相對論影響事物外部和內部時間變化率的原因。

那麼廣義相對論的引力為啥會讓時間膨脹呢?

其實不是引力減慢了時間,還是狹義相對論下的時間膨脹,只不過是直接套用了一個等效原理,等效原理是廣義相對論的基礎,它說的是在一個封閉電梯中,我們無法用任何實驗手段分辨出電梯是在向上勻加速運動,還是處在一個靜止的引力場中,這說明加速度和引力是等效的。因此狹義相對論下的時間膨脹也同樣實用與引力場。當然我們還有另外一種解釋。

我們知道光以恆定的速度傳播。光線的能量取決於其頻率,而不是其速度。但是光也受到引力的影響。這意味著,如果從大質量物體的「引力井」深處向上發射一束光線,光線從「引力井」中爬出時會損失一部分能量。

因此,假設我們站在行星的表面上發出的光線是綠色的,即600THz(太赫茲)振蕩。等這束光線到達太空已經失去了一部分能量,變成了深紅色的光,以400THz的頻率振蕩。

但是,但是光線在旅途中沒有任何東西可以「消除」振蕩。也就是說能量不會被創造或毀滅。因此,行星表面的人認為電磁波每秒「振蕩」600萬億次,而太空中只看到每秒400萬億次「振蕩」,那麼唯一可能的解釋是,太空中的秒數與地面的秒數長度不同。取而代之的是,根據地面上的手錶,在一秒鐘內產生的600萬億次擺動,在太空中需要1.5秒才能完成。同樣,如果地面每秒打開和關閉光源,太空中將看到持續1.5秒的光脈衝,然後暫停1.5秒。

反之亦然:如果太空向地面發出400 THz的紅光,地面會看到600 THz的綠光。在這種情況下,頻率的變化對應於光線「落入」引力井時能量的增益。

因此,如果我們假設光速是恆定的,光在引力阱中獲得/失去能量,我們必須得出結論,唯一可能的情況是時間在以不同的速度滴答作響。一個時鐘無論是機械的還是生物的,引力越強,時間的速度就越慢。這就是引力影響時間的方式。

相關焦點

  • 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。
  • 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。
  • 愛因斯坦:為什麼引力越大,時間變慢?
    引力作用的時間變慢    我們都知道愛因斯坦提出廣義相對論重新定義了引力,認為其是質量導致時空彎曲的結果!所以在有質量物質周圍的時空就是彎曲的,專業解釋為:宇宙有不同勢能的區域會導致時間以不同的速率度過的現象,引力導致的時空扭曲率越大,時間就過得越慢。
  • 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。
  • 時間膨脹:為什麼重力能夠使時間變慢?
    然而,這一大難題促使愛因斯坦提出了物理學史上難以置信卻又最具創新性的理論——兼顧這兩大定律的理論,這聽上去似乎也沒多麼令人震驚。為了探究這兩者之間的矛盾,解釋時間為什麼變慢,愛因斯坦想到了一個精妙絕倫的思想實驗,這絕對排在最佳思想實驗行列中。他設想一個人站在車站站臺,左右兩邊射下兩道閃電,他恰好站在兩道閃電中間,以他的視角可以觀察到兩束光線同時射下。
  • 時間膨脹:為什麼重力能夠使時間變慢?
    然而,這一大難題促使愛因斯坦提出了物理學史上難以置信卻又最具創新性的理論——兼顧這兩大定律的理論,這聽上去似乎也沒多麼令人震驚。為了探究這兩者之間的矛盾,解釋時間為什麼變慢,愛因斯坦想到了一個精妙絕倫的思想實驗,這絕對排在最佳思想實驗行列中。他設想一個人站在車站站臺,左右兩邊射下兩道閃電,他恰好站在兩道閃電中間,以他的視角可以觀察到兩束光線同時射下。
  • 廣義相對論中引力是如何使時間變慢的?
    1911年愛因斯坦在進一步思考的時候有了他「一生中最有價值的想法」,那就是一個人在做自由落體運動時不會感到有重力作用。1915年愛因斯坦在此基礎上給出了「等效原理」,即引力場等同於以適當加速度運動的參考系。處在引力場中的物體如果選擇合適的參考系,它的運動方程中就不會有引力項。這樣狹義相對論的相對性原理就可以推廣到所有的參考系,即物理規律在所有的參考系中都有相同的表現形式。
  • 為什麼引力越大時間越慢,時間難道不是客觀存在的嗎?
    那為什麼很多人一直都無法理解相對論呢?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? 其實從古到今,學者們就一直在思考許多終極問題,其中「時間到底是什麼?」就是一個關鍵問題。古希臘的集大成者亞里斯多德就曾認為時間是均勻流逝的。
  • 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。
  • 時間根本不是宇宙的產物,科學家已經證實時間可以變慢
    星際穿越這部電影中,太空人們到達一個星球上,他們發現,他們在這個星球上過一小時,地球上就會過七年的時間,很顯然在這個星球上的時間是變慢了的,我們說光速不變,那時間為什麼會變呢?,當移動速度達到光速的一半時,時間約慢13%。
  • 「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。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?
  • 「引力」和「高速運動」都會使時間變慢,相對論出現了巨大矛盾?
    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。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?
  • 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
  • 光速不變,為何在水中的傳播速度會變慢?引力又為何與光速相等?
    之所以會出現這種現象,是因為火車上的時間變慢了。我們說光速不變,可光在不同傳播介質之中的傳播速度卻又是不一樣的,通常所說的每秒299792458米只不過是光在真空中的傳播速度罷了。既然光速不變,為什麼光在不同傳播介質之中的傳播速度會不一樣呢?
  • 世界存在統一的時間嗎?愛因斯坦:引力越大時間越慢
    照愛因斯坦說的,黑洞作為目前人們所知的宇宙中質量最大的天體,擁有超強的引力,它本身就足夠大,那麼它的外部跟中心的引力大小也是不同的。根據引力越大,時間相對就越慢的理論來看,那麼黑洞中間的時間流逝速度,應該比黑洞外緣乃至其他地方時間流逝的速度要慢很多。
  • 為什麼時間會膨脹,達到光速時間停止怎麼理解?
    在廣義相對論中,在引力(重力)越大的環境中,時間流速越慢。愛因斯坦在狹義相對論裡面,用無法辯駁的邏輯論證,確定了光的基本屬性,就是它是我們世界的物質的極限速度,任何有靜質量的物體都無法達到,更無法超越光速;真空光速在任何參照系都是恆定的,光速本身也不可疊加。光速限制和光速恆定通過洛倫茲變換得到完美的解釋。
  • 如果地球的自轉速度變慢十倍,那時間會不會比現在慢十倍?
    作者:石蘭(抄襲必究)如果地球的自轉速度變慢十倍,那地球上的時間會不會一樣地變慢十倍?這個問題的答案可能會讓大家失望了!2019年還有6天就結束,每當臨近年關的時候,在我們朋友圈中出現頻率最高的信息,往往都是感嘆時間易逝和容顏易老。然而,真的是時間本身過得太快,或是歲月催人老嗎?
  • 相對論中時間為何會變慢?初中知識就可以解答!
    古人云:物理不是物理學家的私藏,而屬於全人類!在接近光速運行的空間裡,時間會變慢引用一個經典的教科書上的例子來解釋為什麼時間會變慢。下圖為一虛擬實驗,A和B為兩面鏡子,相距為L,光子一面鏡子發射到達對面的鏡子,再返回,則可以測出光速。
  • 到底誰的時間變慢了
    而從飛船上的姐姐來看,而從飛船上的,她坐飛船高速飛行的時候,地球上的妹妹相對於飛船也在做高速飛行,那豈不應該是地球上的妹妹更年輕嗎,那究竟是誰更年輕呢,簡單來說其實兩個說法都正確,因為不存在「以太」這種絕對的東西,所以在高速情況下,不存在絕對的時空觀,只有相對的時空觀,兩個正在相對運動的物體,兩個正在,處於不同參,沒有統一的時間,所以沒法直接比較,如果真要比較必須選定一個參考系
  • 接近金字塔時間會變慢?這個效應其實是真的
    導讀:金字塔的重量巨大,對周圍的物體(包括人)也有萬有引力,因此接近金字塔的人時間會變慢。只不過這個效應非常非常小,正如視頻中說的那樣:效應只有十億分之一秒量級。金字塔的重量巨大,對周圍的物體(包括人)也有萬有引力,因此接近金字塔的人時間會變慢