為什麼引力會使時間變慢,為什麼引力會使時間變慢呢?

2022-02-21 05:53:51 字數 5050 閱讀 2863

1樓:李論科學

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。

那麼時間是什麼?

時間是人為規定的一個比較抽象的概念,我們根據地球繞太陽的規律運動確定了一個恆星年,也根據地球的四季變化規定了一個迴歸年,這說明我們對時間的概念是根據一件事物有規律的運動總結出來的經驗。也說明時間是事物的無限持續發展,從過去、現在到未來的不可逆事件。

時間是各種測量的組成部分,用於對事件進行排序,比較事件的持續時間或事件之間的間隔以及量化物質現實或有意識體驗中的數量變化率。

現代物理學所說的時間與經典時間概念有很大的不同。2023年,愛因斯坦提出了相對論,即狹義相對論。這一理論改變了我們對整個時空結構和性質的看法。

現在我們要放棄我們心中對時間固有的看法,時間不僅會在我們周圍的事物中流動,還會在我們體內流動。時間只以變化率的形式存在於物質內部,時間的流速在很大程度上取決於物質的相對運動。

狹義相對論下的時間膨脹

在量子水平上,例如在我們的身體內部,存在著相互作用的基本力,這些量子級的基本力以恆定的光速在所有物質內部發生著相互作用(通訊),從而導致了原子,分子和細胞水平上的所有變化。因此以光速進行的相互作用就是我們觀察到的時間流逝的極限。

當我們觀察一個非相對運動的物體時,我們只能看到物體內部以光速傳遞的基本力的影響,這也是物質內部變化率或時間流逝的速度。所以不要認為一個靜態的物體是完全靜止的:在它內部,相互作用以光速持續地互動。

事實證明,物質內部的相對變化率(時間)與愛因斯坦的光鍾完全同步:

上圖是一個光鍾,在兩個反射鏡之間有一個距離,頂部的反射鏡能計算接收到的光脈衝時間間隔。當我們看到一個相對於我們不動的光鍾(左圖)時,我們看到的時間要比相對於我們運動的光鍾(右圖)快,因為對於我們來說,相對於我們運動的光鍾,光脈衝傳播的距離更長,因此花費的時間就越長。當然相對論,我們要了解這個相對,這說的是另外一個觀測著的看法,認為你運動速度快,時間減慢!

但對我們來說,無論我們以多快的速度運動,我們自己時間是不會變化的,該活多少年還是多少年。所以要記住,相對論是別人的理論,跟我們自己無關。這就是狹義相對論影響事物外部和內部時間變化率的原因。

那麼廣義相對論的引力為啥會讓時間膨脹呢?

其實不是引力減慢了時間,還是狹義相對論下的時間膨脹,只不過是直接套用了一個等效原理,等效原理是廣義相對論的基礎,它說的是在一個封閉電梯中,我們無法用任何實驗手段分辨出電梯是在向上勻加速運動,還是處在一個靜止的引力場中,這說明加速度和引力是等效的。因此狹義相對論下的時間膨脹也同樣實用與引力場。當然我們還有另外一種解釋。

我們知道光以恆定的速度傳播。光線的能量取決於其頻率,而不是其速度。但是光也受到引力的影響。

這意味著,如果從大質量物體的「引力井」深處向上發射一束光線,光線從「引力井」中爬出時會損失一部分能量。

因此,假設我們站在行星的表面上發出的光線是綠色的,即600thz(太赫茲)振盪。等這束光線到達太空已經失去了一部分能量,變成了深紅色的光,以400thz的頻率振盪。

但是,但是光線在旅途中沒有任何東西可以「消除」振盪。也就是說能量不會被創造或毀滅。因此,行星表面的人認為電磁波每秒「振盪」600萬億次,而太空中只看到每秒400萬億次「振盪」,那麼唯一可能的解釋是,太空中的秒數與地面的秒數長度不同。

取而代之的是,根據地面上的手錶,在一秒鐘內產生的600萬億次擺動,在太空中需要1.5秒才能完成。同樣,如果地面每秒開啟和關閉光源,太空中將看到持續1.

5秒的光脈衝,然後暫停1.5秒。

反之亦然:如果太空向地面發出400 thz的紅光,地面會看到600 thz的綠光。在這種情況下,頻率的變化對應於光線「落入」引力井時能量的增益。

因此,如果我們假設光速是恆定的,光在引力阱中獲得/失去能量,我們必須得出結論,唯一可能的情況是時間在以不同的速度滴答作響。一個時鐘無論是機械的還是生物的,引力越強,時間的速度就越慢。這就是引力影響時間的方式。

2樓:無味

狹義相對論的兩個基本前提:狹義相對論原理和光速不變原理。狹義相對論的原理告訴我們,物理定律在任何慣性系統中都具有相同的形式,而光速不變性的原理則表明真空光速在任何慣性系統中都是相同的。

有了這兩篇文章,我們可以推出一種叫做「洛倫茲變換」的東西。注意洛倫茲變換的前提是在兩個慣性系統之間,這就是為什麼許多人認為狹義相對論只能處理慣性系統之間的問題。

但事實上,隨著相對論的進一步發展,科學家認為這樣的方式過於狹窄,所以狹義相對論和廣義相對論之間的界限被設定為時空是否彎曲,也就是說,即使非慣性系統的問題是一個問題,只要背景時空是平的,它仍然屬於狹義相對論的範疇, 前一段提到的洛倫茲變換不能代表狹義相對論的整個核心(洛倫茲變換隻是更常見形式的特例)。

然而,我們仍然以洛倫茲變換為例。在這種情況下,我們可以推匯出一種叫做移動時鐘變慢的效應,即相對於靜止的觀測者(所謂靜止的觀測者,即觀測者位於慣性系統中的某一點,不移動),移動物體(如時鐘)的時間比觀測者的時間慢。

例如,一個經常提到的例子,雙胞胎兄弟,在太空中飛翔的兄弟,在地球上等待的兄弟,問哥哥回來了,兩人年齡相差多少?

答案是哥哥比弟弟年輕,因為哥哥有加速度(指四維加速度),不是慣性系統,所以慣性系統沒有等式。因此,不會有弟弟看著哥哥,認為哥哥比自己更慢更年輕。而哥哥看著弟弟,認為弟弟移動得很慢,弟弟比自己小。

第一段和第二段還說狹義相對論是廣義相對論的一種特殊形式,所以廣義相對論中也應該有時鐘慢效應,廣義相對論是一種描述重力的理論,所以自然和時空彎曲是分不開的,所以有一種時鐘慢效應叫做重力。

簡而言之,結果是時間和空間彎曲得越多,時間就越慢。例如,在地球表面,在不同的高度,由於不同的引力勢,時間的流逝因地而異。一個典型的例子是全球定位系統衛星的相對論時間校正。

最後,補充一點:時空彎曲(重力)必須伴隨潮汐效應,而相當於加速度的重力場沒有潮汐效應,所以我們不能說加速物體的時間減速是由重力引起的,也就是說,孿生子問題沒有使用廣義相對論的前提。

3樓:偷了月亮的喵

廣義上的時間沒有變慢,是相對!相對!相對!

重要的事情要說三遍。廣義相對論中認為:時間和空間並不是完全的分道揚鑣。

其實,時間和空間其實是糾纏在一起的,也就是所謂「時空一體」,空間的變動會影響到時間。另外,相對論中還將引力解釋為時空彎曲的現象,物質(應該說是物質的質量)會彎曲時空,想象一張繃緊的膜代表時空,一個彈珠表示地球,彈珠放上去膜會自然下陷,就是這個道理。而彎曲的時空會影響時間的快慢(因為時空一體,空間彎曲從而使時間彎曲,表現為時間變慢)。

因為引力隨距離減弱,所以不同高度時間流逝不一樣。比如,其實地球就是一部時間機器,你在一百層高樓上站100萬年,你的時間會比地表快1皮秒。這麼微小是因為地球質量太小了,彎曲時空不太明顯。

像大質量黑洞那種就可以像扯麵條一樣簡單。所以,時間流逝得很慢。還有一個值得提示的:

所謂的時間變慢不是緊指你的表和其他人對不上,你身邊所有事物都會變慢,你不用擔心你煎蛋時會因為時間變慢現象而煎糊,在你的參考系裡,你不會感到一點變慢的跡象,而外面看來卻過去了很久很久……

4樓:匿名使用者

飛碟高速旋轉的巨型運動外倉好比人類固定翼飛行器的發動機+燃料箱,但不需要這種低階能源供給,宇宙空間本就是一個能量體,源源不斷的能量物質維繫著萬物平衡

所謂的反重力(比如地球)其實是引力密度和磁場平衡的作用,如果未來人類有機會升級到3維之上可以輕鬆掌握叫做「星體引力與平衡學」只不過是一項專業學科

至於所謂的能源問題那是初級文明需要考慮的事,「空間能量」合理轉化用之不盡但前提必須維繫平衡!人類目前來看不可能做到,因為即使掌握相關技術你們自身的體質也完全承受不起(但人類的繁衍功能非常強大)

而高階文明通常不會降維到這裡,不像你們擔心的「外星人」掠奪資源降維打擊之類,因為地球的資源早已淘汰所以不必擔心

發展到更高的階段其實早已突破人類所面對的生老病死以及能源問題,但現在遇到一些困擾需要得到人類的幫助...

為什麼引力會使時間變慢呢?

5樓:美麗需要被記住

按照狹義相對論,運動的尺會縮短,運動的鐘會變慢,這是狹義相對論的「尺縮鐘慢」效應。尺縮鐘慢的意思是,當你測量一個距離,比如地球到月球的距離,你靜止的時候測量到的地月距離是l,當你駕著飛船從地球高速飛向月球時測量到的距離就會小於l,並且速度越大測量到的地月距離就越短,所用的時間也就相應越短。

狹義相對論有一條基本原理叫相對性原理,意思是物理規律在所有的慣性系中具有相同的表現形式。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。2023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。

2023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。這樣狹義相對論的相對性原理就可以推廣到所有的參考系,即物理規律在所有的參考系中都有相同的表現形式。

在此基礎上愛因斯坦給出了廣義相對論。

廣義相對論的一個結論是時間在引力場中會變慢。為什麼會變慢,可以從如下的角度簡單地去理解:高速的運動會使時間變慢,那麼強引力場對物體的加速也能夠使時間變慢。

比如地面附近的引力場比地球同步衛星軌道處的引力場強,這就意味著地面上和地球同步衛星軌道上的時間流逝快慢不一樣。只不過地球的引力比小,這點差距一般不被人察覺。

事實上現在的地球衛星往往要根據相對論對時間進行修正,比如離地2萬千米高度的gps衛星在以1.4萬千米每小時的速度高速飛行。按照狹義相對論的運動的鐘變慢,它每天慢7微秒;按照廣義相對論,處在距離地面2萬千米的弱引力場中,衛星每天會快45微秒。

如果不對此進行修正,會限制導航的精度。

若是到了很強的引力場附近,引力導致的時間變慢會非常明顯。一個典型的例子就是黑洞,黑洞附近有強大的引力,如果一位宇航員不幸墜向黑洞的視界內部,黑洞強大的引力會讓地球上的人感覺到宇航員的時間變得極其慢,即使經過億萬年也不會墜入黑洞的視界,好像固定在了黑洞視界處似的。而在宇航員看來,他的時間並沒有變慢,自己已經做好了撞入黑洞內部奇點的準備。

一些科幻片就經常借用黑洞附近的時間變慢進行各種幻想,其背後的理論依據就是廣義相對論的強引力會使時間變慢。

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