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。
「引力」是不被當做普通「力「來著的十日,「引力」是不被當做普通「力」來著的十日,它只是時空彎曲的一種幾何表現上日,和上次一樣我們這裡還是不提公式,也不從幾何角度來解釋,還是用一個思想實驗,來幫助你理解這個結論,在開始之前,在開始之前我們還是要先了解兩個前提,一個是狹義相對論的「速度越快時間越慢」,這個就不多說了之前說過,另外一個就是引力的等效原理」,等效原理」對於廣義相對論的重要性,就像「光速恆定」對於狹義相對論一樣,「等效原理」是廣義相對論的第一個基本原理,等效原理」是廣義相對論的第一個基本原理,可以說是整個廣義相對論的核心,簡單來說就是引力在效果上,可以看做是一種加速運動。
比如你在太空中的一部加速上升的電梯中,如果電梯上升的加速度大小值,等於地球上的重力加速度g的話,那麼電梯裡的你將無法分辨自己,到底是處於太空加速上升的電梯中,還是在地球上靜止的電梯中,因為兩者帶來的效果是完全相等的,好了有了這個等效原理,我們就可以把引力實驗,轉換成一個慣性系實驗,假如太空中有一個轉盤,甲乙兩人分別在轉盤的中心和邊緣,當轉盤飛速旋轉時,甲乙兩人各自帶的表,相對來說走得快慢是不一樣的,什麼為什麼不一樣,因為狹義相對論啊,處於轉盤邊緣的乙,他的線速度是非常大的,而處於轉盤中心的甲。
則可以認為是靜止的,所以他倆有著不同的速度,速度不同時間快慢自然也不同了,然後這個處於轉盤邊緣的乙,除了有線速度外,因為轉盤在旋轉,所以他還有角加速度,根據等效原理,這就相當於受到了一種引力,你也可以這麼理解,此時的旋轉對於乙來說,他會感受到一股離心力,就好像有一股向外的加速度,給乙的感覺就像是引力一樣,而且轉盤轉得越快,他感受到的這個「引力」就越大,同時他的線速度也越大,線速度越大時間就越慢,所以說「引力越大時間越慢」。
其實不只是時間,因為狹義相對論除了「鍾慢」,還會「,也就是「速度越快長度越短」,「鍾慢」和「尺縮」這兩者一起,從時間和空間上,就對應了後面廣義相對論中的「時空彎曲」效應,如果從廣義相對論的幾何角度來解釋的話就是,大質量的物體會導致其周圍時空彎曲,注意不是「空間」而是「時空」,當時空彎曲後,你在該空間的運動方式,可以認為不是受「力」的影響,而是按照幾何性質來走短程線,注意,這點很重要,之前有期視頻,當時拿蹦床的例子來解釋引力,自己站在蹦床上蹦床被壓個坑,周圍的足球會自動滑向坑中。
然後就總有人認為,這不還是因為有重力才會導致這樣的嗎,這不是循環自證嘛,其實如果你理解了廣義相對論的幾何本質,就明白了物質的運動,其實完全是幾何原因,這也解釋了為什麼光子這種沒有靜質量的粒子,也是可以受到引力影響的,因為它僅僅是要走,時空中的最短路徑而已,關於這點有句話總結得非常好,物質告訴時空如何彎曲」,「時空告訴物質如何運動」。