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?

2020-09-30 科學信仰


蘋果能夠從樹上掉下來砸在牛頓的腦袋上,是因為地球具有引力;無論站在地球上的任何位置,我們的雙腳都可以踏踏實實地踩在地上而不會飄起來,也是因為地球的引力。

而我們之所以擁有四季的變化,是因為地球在保證一定傾角的情況下圍繞太陽進行公轉,而造成這一切的是月球以及太陽的引力作用。其實不僅是月球、地球和太陽這樣的宇宙天體,任何具有質量的物體之間都具有相互的引力作用。光雖然沒有靜止質量,但是它從誕生之時起就一直處於光速運動之中,而運動就會產生慣性質量,而慣性質量又等效於引力質量,所以光一樣會與其它具有質量的物體發生相互的引力作用,因此光會被黑洞強大的引力所束縛,無法逃逸而出,於是黑洞的史瓦西半徑之內就成為了完全不可見的世界,黑洞的「黑」可謂是名副其實。


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。GPS是每個人幾乎都會用到的東西,我們靠它來為我們進行導航,然而我們並不能夠直接使用GPS衛星所傳輸的數據來進行導航,我們必須在使用之前先進行雙向的時間校準。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。


因為GPS衛星的時間流逝速度快於地球表面,所以就必須要進行一次時間校準。

此外,由於衛星相對於地球處於運動之中,受狹義相對論效應影響,衛星的時間流逝速度變慢,所以就必須要進行二次校準,這就是上面所說的雙向時間校準了。

那麼如果我們不對GPS衛星進行時間校準又會怎樣呢?由於GPS衛星上的時間流逝速度與地表不同,所以定位位置就會出現偏差,平均每24個小時,偏差就可以達到14米。事實讓我們明白了時間的流失速度的確會發生變化,而且它不僅會受到相對運動速度的影響,而且還會受到引力的影響,那麼這到底是為什麼呢?為什麼沒有質量,也不是物質的時間會受到引力的影響呢?


首先,我們得弄懂什麼是引力。

在牛頓的時代,人們曾認為引力是一種力,但事實證明牛頓對於引力的認知只是宏觀低速環境下的一種特例,雖然萬有引力公式可以滿足日常的所有計算,其精確度甚至足以應用於航天工程,但當使用萬有引力公式計算水星進動值的時候,偏差就大得難以接受了,而廣義相對論的出現解決了這一問題,根據相對論公式計算得出的水星進動值與實際情況幾乎完全一樣。

那麼相對論是如何看待引力的呢?愛因斯坦認為引力並不是一種力,而是一種幾何效應,一種時空彎曲的幾何效應。簡單一點來講,就是任何有質量的物體都會導致周圍的時空發生彎曲,而質量越大,周圍的時空彎曲程度也就越大,而這種認知已經通過引力透鏡效應得到證實。


遙遠恆星的光芒在經過太陽的時候,由於太陽周圍的時空彎曲程度較大,所以光線會改變方向,於是我們所看到的恆星其實並不在原本的位置之上,這就是引力透鏡效應,通過引力透鏡效應我們可以切身感受到時空的彎曲。

弄清了引力的本質,時間為什麼會受引力影響的問題就比較容易解釋了,請注意,我們一直說的都是「時空」,而時空就是時間與空間,我們習慣於將二者分開來講,但實際上時間與空間是不可分割的一個整體,二者並稱時空,引力會導致周圍的空間發生彎曲,也就會導致周圍的時間發生扭曲。那麼時間與空間為什麼是一個不可分割的整體呢?因為時間的本質就是物質的變化,而空間的本質則是物質變化所呈現出來的結構屬性,二者的本質都是物質,自然不可分割。

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    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。
  • 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!
  • 時間根本不是宇宙的產物,科學家已經證實時間可以變慢
    我們之前地文章中提到過空間,空間是由奇點組成的,但是奇點中是沒有運動的存在,所以在奇點中不存在時間觀念,直到一維空間的時候存在了物質的運動,那麼物質的運動產生的時間是人為強加定義還是和宇宙一起最初形成的呢?是不是時間只是人類提出來的一個計數概念?用來標記物體運動的計數方式?
  • 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。
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    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?
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    愛因斯坦沒有止步於狹義相對論,因為物理學中有慣性系也有非慣性系,狹義相對論並不能深入到非慣性系中。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。
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    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。
  • 相對論中時間為何會變慢?初中知識就可以解答!
    如果你還想提出假說,就必須要理解相對論說啥了。相關資料網上很多,本文做一些重點總結,只求模型觀,不求量化推導,算是科普。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。
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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。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?
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    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。但是,在火車上的人卻看到了不同的一幕。
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    文/惜談世界存在統一的時間嗎?愛因斯坦:引力越大時間越慢愛因斯坦的相對理論概念,讓人對宇宙時間產生了新的思考。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。
  • 「時鐘變慢效應」讓時間變成了相對的,絕對時間也不存在了
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  • 物質對周圍空間的時間效應
    任何物質都會對周圍時空產生時間效應,也就是說,我們感覺的時間根源於物質,沒有物質就沒有時間。物質的時間效應與什麼有關,我通過對圓周運動的徑向動量的計算和史瓦西半徑的思索,可以得出;物質對周圍空間的時間效應與物質質量成正比,與距離物質的距離(半徑)成反比,這是一個多麼簡潔的公式,T=M/R。
  • 為什麼引力越大時間越慢,時間難道不是客觀存在的嗎?
    也就是說,他在一年內給現代物理學的兩座大廈做了巨大的貢獻,這在整個科學史上,僅僅只有牛頓可以與之匹敵。因此,牛頓的1666年和愛因斯坦的1905年在科學史上分別被稱為牛頓奇蹟年和愛因斯坦奇蹟年。 客觀地說,一直以來沒有人能夠直接定義時間。雖然我們沒有辦法直接說清楚時間到底是什麼? 但是我們可以換個方式,這個方式就是利用測量時間的方法來定義,也被叫做測量定義法。具體是什麼意思呢? 其實這個方法很早就被使用了。我們可以思考一下:一天,一個月,一年到底是什麼?
  • 光速飛船可以使時間靜止或變慢——愛因斯坦狹義相對論
    (一)靜質量不為0的物質達不到光速,所以飛船達不到光速。(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?(假設能聽到)再說一個,比如飛船上有個人正在練武術地面上看到船艙裡像在打太極(感受下地面與船裡的不同)如果你看完圖理解了,就可以知道,其實飛船上的人並沒有感覺到時間變慢了,感覺變慢的是地面上人。
  • 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
  • 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。