根據相對論的時間膨脹效應,物體的移動速度越快,那麼其本身的時間流逝速度就越慢。
于是也就有了一個名為“雙生子佯謬”的思想實驗。“雙生子佯謬”指的是一對一模一樣的雙胞胎,哥哥留在地球上,而弟弟則乘坐一艘接近于光速的宇宙飛船離開地球,當弟弟駕駛着宇宙飛船兜了一圈以後回來,發現哥哥已經變成了一位蒼髯老者,而自己還是出發時的樣子。為什麼會這樣呢?因為宇宙飛船的速度很快,所以導緻飛船上的時間流逝速度變慢了,雖然地球已經過去了數十載,但宇宙飛船上的時間不過才過去了幾個小時而已。這聽起來有些不可思議,速度為什麼會影響到時間呢?
根據質能方程E=mc∧2可知,能量等于質量乘以光速的平方,光速是恒定不變的,所以一個物體的能量與質量之間存在着密切的聯系。
一個物體的質量增大,能量必然随之增大,反之亦然。這裡所說的能量指的是物體的總能量,當一個物體開始運動的時候,它就具有了動能,運動速度越快,動能也就越大,一個物體的總能量增加了,它的質量必然也會随之增加,而這裡所增加的質量就被稱之為“慣性質量”,慣性質量是因運動而産生的,但其與物體本身的引力質量是等效的。根據廣義相對論可知,物體的引力質量會導緻周圍的時空發生彎曲,而慣性質量等效于引力質量,自然也會導緻周圍的時空發生彎曲。
随着物體的運動速度越來越快,物體的慣性質量越來越大,周圍的時空彎曲也就随之增大。
時空指時間與空間,二者是不可分割的一個整體,所以慣性質量增加所導緻的時空彎曲會将飛船内的時間拉長,也就是時間的流逝速度變慢了,這就是速度影響時間的内在原理。說了這麼多,但都好像是理論和思想實驗,現實中速度真的會影響時間嗎?這是毋庸置疑的。每天我們開車出行都要依靠導航,而導航之所以能夠準确指示路線依靠的是運行于地球軌道的導航衛星,而導航衛星要想準确指示路線,有一個過程是必不可少的,那就是進行雙向時間校準。
在地球軌道運行的導航衛星,其速度是非常快的,因為速度快,所以它的時間流逝速度要比地球表面慢,因此就必須要進行一次時間校準。
另外,由于衛星遠離地球,相比地球表面而言,它所受到的引力較小,所以它的時間流逝速度又會比地球表面快,因此就必須要進行第二次時間校準,這就是雙向時間校準了。如果進行雙向時間校準會怎樣?以GPS導航衛星為例,每24個小時,定位的偏差就會達到14米左右,也就是說如果不對導航衛星進行雙向時間校準,車早就開到溝裡去了。速度會影響時間的流逝速度,現在應該已經沒有什麼異議了。
速度會影響時間,那麼速度對于時間流逝速度的影響到底有多大呢?
如果我們以接近于光速的速度飛行一分鐘,再回到地球又會發生什麼呢?“接近于光速”,這個表述有些籠統,到底多快才算是接近于光速呢?50%光速?99%光速?還是99.99%光速?你會真正體會到什麼是差之毫厘謬以千裡。光速為每秒299792458米,即便是50%光速,也已經非常快了,但在這樣的速度下,時間膨脹效應依舊不怎麼明顯,所以我們還是從99%的光速開始。要計算99%光速下的時間膨脹效應就必須要應用到鐘慢效應公式,即Δt=Δt/√(1-v∧2/c∧2)。
計算可知,如果能夠達到光速的99%,那麼時間将會膨脹7倍,也就是說時間的流逝速度變慢了7倍。
所以以99%的光速飛行一分鐘再回到地球,那麼地球上應該已經過了7分鐘了,顯然,變化還不夠明顯,以這樣的速度不足以讓自己的雙胞胎哥哥變成一位老者。如果是99.99%光速呢?這回的變化就明顯多了,時間将膨脹70倍,也就是說乘坐飛船飛行一天,地球上已經過去了70天,這真的是天上一日地下倆月啊。如果這樣你還覺得不過瘾,那還可以讓速度變得更快,當速度達到99.999999%光速時,時間将會膨脹7000倍,也就是在宇宙中飛一天,地球上就過去了20年。當然,無論你怎樣提速,有質量的物體都無法達到光速,若以光速運行,時間将會停止。
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2023-06-18