时间与我们形影不离,但如果要问:时间到底是什么?估计没有谁能给出完美的答案。
在我们的传统认识里,一秒就是一秒,一小时就是一小时。你的一秒与我的一秒不会有任何不同。虽然有时候我们会感觉时间流逝速度很快,比如与心爱的女孩约会时,但这种感觉主要取决于我们对一件事的关注程度,说白了是来自我们大脑的一种错觉。
但事实上并非如此,我们每个人的时间流逝速度并不一样,只是由于我们生活在低速世界,差异非常微小罢了,我们很难感受到这种差异。
为什么每个人的时间流逝速度不一样?
简单说,因为运动,而时间的流逝速度与运动息息相关。根据爱因斯坦狭义相对论,物体的速度越快,时间流逝速度就相对越慢。当速度达到光速时,时间就静止了。
为何时间和运动息息相关呢?
想象一下这样一个简单的时钟,两面镜子,镜子之间有光子来回运动,时钟的快慢取决于镜子之间的距离以及光子的速度。
如果两面镜子静止不动,光子做上下垂直运动。而如果镜子朝着一个方向运动,在我们眼里,光子运动的路程变长了,但是光速本身是不变的,光速与参照系的选择和运动情况没有关系。举个例子,我静止在地面不动,一辆汽车以50米每秒的速度行驶,在我眼里,汽车灯发出的光的速度并不是光速 50米每秒,而仍旧是光速。这就是光速不变原理。
明白了这一点,很容易得出:光子飞行一个回合的时间更长了,因为光子需要走更远的路程,而速度保持不变。
于是,在我们看来,光子钟就变慢了,比我们正常的时间要慢。
这就是爱因斯坦狭义相对论中的时间膨胀效应,这种效应并不是思想实验,而是经过严密的论证,在现实世界确实存在。
如果光子钟的运动速度达到光速,会如何呢?
随着速度变大,光子来回运动一次所走的距离越来越长,当光子钟速度达到光速时,光子走的路程达到无限远。也就是说,光子永远不会到达镜子,时间静止不动了!
加速运动的光子钟同样会出现时间膨胀效应,在加速系中的光子运动路程会更大,因为上面的镜子远离上升光子的速度要比下面的镜子追上下降光子的速度更大,光子钟就会变慢。
而引力场与加速系其实是等价的,所以引力越强,时间就会越慢,这也是广义相对论中的时间膨胀效应!
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