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時間到底是什麼?光速徹底顛覆了我們對時間的傳統認知

网瘾少女 2022/11/09

時間與我們形影不離,但如果要問:時間到底是什麼?估計沒有誰能給出完美的答案。

在我們的傳統認識里,一秒就是一秒,一小時就是一小時。你的一秒與我的一秒不會有任何不同。雖然有時候我們會感覺時間流逝速度很快,比如與心愛的女孩約會時,但這種感覺主要取決于我們對一件事的關注程度,說白了是來自我們大腦的一種錯覺。

但事實上并非如此,我們每個人的時間流逝速度并不一樣,只是由于我們生活在低速世界,差異非常微小罷了,我們很難感受到這種差異。

為什麼每個人的時間流逝速度不一樣?

簡單說,因為運動,而時間的流逝速度與運動息息相關。根據愛因斯坦狹義相對論,物體的速度越快,時間流逝速度就相對越慢。當速度達到光速時,時間就靜止了。

為何時間和運動息息相關呢?

想象一下這樣一個簡單的時鐘,兩面鏡子,鏡子之間有光子來回運動,時鐘的快慢取決于鏡子之間的距離以及光子的速度。

如果兩面鏡子靜止不動,光子做上下垂直運動。而如果鏡子朝著一個方向運動,在我們眼里,光子運動的路程變長了,但是光速本身是不變的,光速與參照系的選擇和運動情況沒有關系。舉個例子,我靜止在地面不動,一輛汽車以50米每秒的速度行駛,在我眼里,汽車燈發出的光的速度并不是光速+50米每秒,而仍舊是光速。這就是光速不變原理。

明白了這一點,很容易得出:光子飛行一個回合的時間更長了,因為光子需要走更遠的路程,而速度保持不變。

于是,在我們看來,光子鐘就變慢了,比我們正常的時間要慢。

這就是愛因斯坦狹義相對論中的時間膨脹效應,這種效應并不是思想實驗,而是經過嚴密的論證,在現實世界確實存在。

如果光子鐘的運動速度達到光速,會如何呢?

隨著速度變大,光子來回運動一次所走的距離越來越長,當光子鐘速度達到光速時,光子走的路程達到無限遠。也就是說,光子永遠不會到達鏡子,時間靜止不動了!

加速運動的光子鐘同樣會出現時間膨脹效應,在加速系中的光子運動路程會更大,因為上面的鏡子遠離上升光子的速度要比下面的鏡子追上下降光子的速度更大,光子鐘就會變慢。

而引力場與加速系其實是等價的,所以引力越強,時間就會越慢,這也是廣義相對論中的時間膨脹效應!

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