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没有两块运行时间完全相同的钟表,爱因斯坦狭义相对论如是说

2019-08-14来源:北京晨报

速度改变了一切,甚至空间与时间。

没有两块运行时间完全相同的钟表,爱因斯坦狭义相对论如是说


​在空间以非常高速度运动的钟表与戴在晚餐后悠闲散步的你腕上的手表,两者显示的时间流速大不相同。宇宙标准时间这一概念——某个可以脱离宇宙存在的上帝般的标准钟表,可被用来同时测量宇宙中所包含一切事物的移动、演化和年龄以及与此相关的钟表——不存在。

我们人类所体验到的时间对所有人都是相同的,即普适的,但是之所以有这样的体验,仅仅在于与光速相比,没有哪个人(即使是战斗机飞行员)能够比其他人移动得快很多或者慢很多,这对钟表匠来说真是一件幸事。

但就算我们的感官无法感知,事实的确如此:如果给碰巧存在于我们星球表面之上的所有人、动物和物体都戴上自己的钟表,它们所经历的时间运行实际上都不相同。我们都有着自己的时间,只对应于我们每个独特的自己。

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爱因斯坦在他发表自己的引力理论即广义相对论之前十年,就已经解决了这个高速运动下时间的问题。那个时候,爱因斯坦无法在任何一所大学谋得一个稳定的职位,因为没有人看好他,二十出头的他只能在瑞士的伯尔尼做一名专利审查官(还是个助理)来维持生计。但这并不妨碍他思考。

在评估专利的间隙,他试图想象在高速运动的物体眼中,世界会如何呈现,运动速度对观察有什么影响。他试图寻找一种描述物体运动的理论,那个时候的他还没有关注引力,也没有在一个整体上关注宇宙本身。爱因斯坦那时的研究只注重于物体如何在宇宙中运动。

一九〇五年,爱因斯坦二十六岁,他发表了自己的研究结果。很快,整个科学界就意识到在瑞士专利局一张不起眼的书桌上,一个从未被人听说过的人作出了一个非凡的断言:钟表并不以相同的速度运行,实际上,时间的流逝取决于物体间的相对运动速度。

更妙的是,利用这个名不见经传的年轻人所提出的理论,还能依据两个人之间的相对速度算出他们两人时间上的预期差异。

这个理论被称为“狭义相对论”。

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设想有一对双胞胎。

如果双胞胎中的一个被送上火箭,以99.995%光速从地球出发做一次六个月的旅行,在地球上的那位得等五十年才能见到他的兄弟回来。根据爱因斯坦的理论,离开的那位待在宇宙飞船的人所经过的六个月等于留在地球上的那位及整个人类的五十年:我们的地球将在那个旅程中绕着太阳转五十圈。

虽然他们是双胞胎,结果却是两个人拥有不同的年纪,一个比另一个老了四十九岁半。真是一个让人惊讶的结论。

当你加热金属条时,它会膨胀变长,称为“热胀”。如果你调准加热方向,可以只让金属条变长,而其所在的底座——也就是它的环境保持不变。

依据爱因斯坦的狭义相对论,同样的效应也会发生在时间上。在以光速的99.995%飞行的火箭或以光速的99.999,999,999%飞行的飞机上,发生高速运动的是火箭或飞机,而不是它们的周围环境,所以是它们的时间,也只是它们的时间,受到它们相对于环境的极端高速的影响。

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那对双胞胎刚刚经历过的,就是科学家们所称的“时间膨胀”。旅行速度越快,时间膨胀就越明显。

而且如果你的时间膨胀了,长度就会收缩。

听起来反常识,但就是这么神奇。

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