江苏龙网

  1. 首页 > 资讯 > 资讯 > >

爱因斯坦|时间膨胀：为什么重力能够使时间变慢？( 二 )


爱因斯坦|时间膨胀：为什么重力能够使时间变慢？
本文图片

时间是什么？

让我们再次回想一下爱因斯坦在电车上进行的思想实验 。 是慢时钟的出现限制了我们的思维发展 ， 还是时间真的会变慢？如果时间会变慢 ， 这又意味着什么？时间的变化无常让我们不禁发问——时间 ， 它究竟是什么？这一问题不仅使哲学系学生无比懊恼 ， 在兄弟会派对上频频讨论 ， 从远古时期起 ， 时间这一概念就困扰着自然哲学家和物理学家 。
时间最初的功能是按顺序记录事件 。 400年前 ， 人们认为恒星围绕地球转 ， 而不是地球围绕恒星转 ， 并以此来规定时间,尽管这个结论不正确 ， “时间”依旧安然前进着 。 日复一日 ， 四季轮回 ， 当这一切如你所推断的那样重复着 ， 交替着 ， 你便有了计时机制 。
爱因斯坦|时间膨胀：为什么重力能够使时间变慢？
本文图片

【爱因斯坦|时间膨胀：为什么重力能够使时间变慢？】远古时钟（图片来自：TeePhoto/Shutterstock）

伽利略通过大自然周而复始的规律来计算运动规律 ， 他认为不参考时间是无法描述运动的 。 然而这里的时间也不是绝对的 。 甚至是牛顿在构思他的运动定律时 ， 也对时间的概念做了补充说明 ， 两个时钟的转动不是绝对的、独立的 ， 而是同步进行的 。 我们建造高度精密与精确的原子钟正是为了同步时间 。
我们将时间的概念建立在同步性的基础上 ， 又或者说是两个事件之间重要的巧合性 。 比如说 ， 火车到站和钟表指针排成直线这两件事同时发生 。 爱因斯坦认为这样的巧合一定是在观察者运动的影响下发生的 ， 如果站台上和火车里的观察者不能在同步性上达成一致 ， 那他们在时间流动的的问题上也不能达成一致 。
让我们通过一个最简单的计时装置来理解运动对时间的影响 。 一粒光子在两面镜子之间来回反射 ， 反射一次记为一秒 ， 这样就组成了一个计时器 。 现在将两个这样的计时器一个放在点A一个放在点B（上文中已提到） ， 并测量自由下落的物体经过这两个计时器时所用的时间 。 但是问题来了 ， 两个计时器的计时机制相同 ， 而自由下落的物体有自己的参考系 ， 这能测量到什么呢？
>爱因斯坦|时间膨胀：为什么重力能够使时间变慢？
本文图片

其实 ， 这一过程看到的情形与球在行驶中的火车上弹跳的情形类似 。 火车上的人看到的球始终是垂直弹跳的 ， 但地面上静止的观察者则看到球沿斜线方向弹跳 。 释放出的光子就像火车上的球 ， 这时移动一下计时器 ， 就能看到光子的反射路程变长了 ， 所以测量出的时间也失真了 。 另外 ， 计时器的移动速度越快 ， 光子的反射路程也越长 ， 同时一秒钟也被拉长了 ， 这也就解释了为什么物体经过B点比经过A点的时间流逝的慢（回忆上文 ， 由于重力原因 ， 物体在B点的速度比A点大） 。 下面这个动图生动地展现了光子的斜线路径以及时间是如何被拉长的的 。
>当然 ， 这一差异极其微小 ， 要计算山顶时间与地面时间的差异就需要用纳秒了 。 但无论怎样 ， 爱因斯坦的这项发现无异于学术革新 。 重力确实会影响时间的流逝 ， 这也说明了物体的质量越大 ， 周围区域的时间流动越慢 。
鉴于通篇围绕光速变慢这一问题 ， 不得不说 ， 选择光子钟进行实验证明再好不过了 。
时间膨胀会影响任何钟表 ， 无论是以电磁现象为制作原理的简易的钟 ， 还是兼有电磁学与力学支持的复杂的钟 ， 都无一例外,这一点有广义相对论做有力支持 。 实际上 ， 连生物过程都受到了时间膨胀的影响 ， 是的 ， 你应该猜到了······你的脸要比你的脚稍稍老一点 。
作者: Akash Peshin
FY: 夏月星夕
如有相关内容侵权 ， 请于三十日以内联系作者删除
转载还请取得授权 ， 并注意保持完整性和注明出处


推荐阅读


上一篇：天文|旅行者2号的使命是什么？它如今飞到哪儿了？

下一篇：蜂蜜|为什么养蜂人说“蜂蜜能保存上百年”？