「天上一天地上一年」的說法荒謬嗎?牛頓和愛因斯坦的想法不同

2020-12-04 奇點使者

引言:中國古代神話小說將世界分為三界,分別是神界、魔界和人界,其中普遍存在一種說法認為「天上一天,地上一年」,意思是天上的時間過得比地上要慢得多。那麼「天上一天地上一年」說法荒謬嗎?牛頓認為是的,但愛因斯坦不認為。

在中國很多神話小說中都存在「天上一日,地下一年」的說法,指的是天界度過一天相當於凡間度過一年。到了十六世紀英國物理學家牛頓提出絕對時空觀,直接否定了這種說法,因為絕對時空觀主張的是宇宙中任何地方的時間都是一樣,因此不存在天上的時間比地上時間還要慢的說法。然而當愛因斯坦在上個世紀初提出了相對論之後,「天上一天,地上一年」的說法似乎又有那麼點道理,這是怎麼回事呢?

在介紹愛因斯坦的相對論之前,我們先來了解一下另一位偉大的物理學家,它就是提出麥克斯韋方程組的麥克斯韋。近現代科學界認為麥克斯韋對人類科學最大的貢獻在於他真正將電學和磁學通過一組方程統一起來,其中有一個公式揭示了光速與電學以及光學的關係,如下圖所示。公式中的是電學中的介電常數,則是磁學中的磁導率,c則是光速。經過科學家們長期的研究發現,介電常數和磁導率在真空環境中是不會改變的,也就是說真空中的光速也是不會改變的。

一般我們描述一個物體的運動情況都需要設立相對靜止的參考系,以此來形容物體運動的快慢。但是麥克斯韋提出的公式就直接給出了光速,並且表明光速是固定不變的數值,因此我們描述光速運動的物體並不能用一般設立參考系的方式。在這個基礎上愛因斯坦提出了狹義相對論,他在該理論中支持光速不變的說法,並且提出了時間和空間是相對的說法,這與牛頓的絕對時空觀是完全相反的。

如今絕大多數物理學家都認同愛因斯坦的相對論,而認為牛頓的絕對宇宙觀是存在謬誤的。而相對論中的鐘慢效應則能夠很好地解釋為什麼「天上一天,地上一年」的說法可能成立。鍾慢效應指出,如果物體的運動速度接近每秒鐘30萬公裡,在地球上的人可以將該物體看成是運動參考下,而自己則是相對靜止參考系。在這兩個不同的參考系中,時間流逝速率是不同的,運動參考系的時間流逝速率比相對靜止參考系要慢得多。

也就是說,如果有一架速度能夠接近光速甚至是達到光速的太空梭繞著地球飛行,那麼在太空梭上的太空人感覺自己已經度過了一天,實際地球上的時間已經流逝了一年。當太空人乘坐這樣的飛機繼續飛行10天,當他返回地球後會發現地球已經過去了10年。這種理論現象其實與「天上一天,地上一年」的說法是類似的,都傳達了鍾慢效應的主要內容。

當然理論歸理論,鍾慢效應確實存在,但人類是無法親自感受的。因為人類沒有任何能力讓自身的速度提高到光速,也無法藉助工具達到這一目的。

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  • 愛因斯坦是如何解決牛頓疑問的?
    萬有引力真是來自一棵蘋果樹嗎?這是一個所有中國人都知道的故事:1666年夏天的某一天,牛頓一直都呆在他的老家,那是位於英國林肯郡格蘭瑟姆鎮的伍爾索普莊園,現在已經成為著名的牛頓故居。在此前一年,也就是1665年,22歲的牛頓獲得了劍橋大學的學士學位。那時的牛頓才華初露,在他即將在劍橋的學術界發出自己的聲音之際,倫敦卻爆發了瘟疫。
  • 愛因斯坦是如何解決牛頓疑問的?
    萬有引力真是來自一棵蘋果樹嗎? 這是一個所有中國人都知道的故事:1666年夏天的某一天,牛頓一直都呆在他的老家,那是位於英國林肯郡格蘭瑟姆鎮的伍爾索普莊園,現在已經成為著名的牛頓故居。在此前一年,也就是1665年,22歲的牛頓獲得了劍橋大學的學士學位。
  • 我國古人怎麼知道「天上一日,地下一年」的?有什麼科學依據嗎?
    在西遊記這部小說當中,就有一段講述了一個觀點:天上一日,地上一年。 而這個觀點似乎和現代物理學支柱之一的相對論的一些結論有相似之處。於是,又有人說,中國的古人早就懂得相對論,「天上一日,地上一年」就是很好的一個證據,那真的是這樣子嗎? 客觀地說,這個看法其實很牽強,那具體是咋回事呢? 這回我們就來說一說到底哪裡有問題?
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  • 古人說天上一天地上一年,去月球過一天回地球,渾身冒冷汗
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