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光速與時間到底存在什麼關系

生活 更新时间:2024-11-17 11:21:51

時間,一分一秒地在我們身邊流過,悄無聲息。那麼,你想過沒有,時間到底是什麼?

早在古代,人們就開始思考這個問題了。比如說亞裡士多德認為,時間的本質就是運動變化,是對物體運動變化快慢的度量。

光速與時間到底存在什麼關系(時間為什麼與速度有關系呢)1

但是,問題來了:到底什麼是快,什麼是慢呢?

我們用速度描述物體運動的快慢,但速度本身就是不确定的。當我們說到速度時,意味着必須有一個參照系,不然速度本身就失去了意義。

比如說,你和朋友坐在高速行駛的高鐵上,我站在地面上觀察你們,會發出感歎:你們的速度真快啊。但如果你問你朋友:我動了嗎?你朋友會告訴你:你沒動。

同樣是你,為什麼會出現不同的結果呢?這就是因為參照系的選擇不同造成的。也說明速度是相對的。

光速與時間到底存在什麼關系(時間為什麼與速度有關系呢)2

那麼,既然說速度是相對的,而時間又是衡量物體運動快慢的度量,那麼時間是不是相對的呢?

當然,在我們的固有概念裡,時間并不是相對的,而是絕對的。畢竟如果我看到你吃飯花了十分鐘時間,别人也會同樣看到你吃飯花了十分鐘,而不會是二十分鐘。

古人也是這麼認為的。比如說大名鼎鼎的牛頓,就認為時間是絕對的,是獨立的維度,與三維空間,沒有任何關系。

這種絕對時間觀非常符合我們的日常生活認知,難怪會被廣泛接受。

但是,牛頓的絕對時間觀是建立的“光速沒有上限”的基礎上,如果光速沒有上限(也就是無窮大),時間的确是絕對的,因為任何事件的發生都會瞬間讓所有人感知到。但事實上,光速是有限的。

如果想要統一時間,就需要有一個絕對的不變量,任何物體相對于這個不變量都有一個絕對速度。

就好像在宇宙中心(假設存在)存在一個絕對靜止的參照物,任何物體相對這個參照物都會有一個絕對速度,這樣我們就能輕松地統一時間了。

光速與時間到底存在什麼關系(時間為什麼與速度有關系呢)3

具有颠覆性思維的愛因斯坦就提出了這樣的“絕對參照系”,它就是光速。愛因斯坦強調,光速是絕對的,在任何運動狀态下,觀察到的光的速度都是光速本身。

舉個例子,即便是你乘坐一艘飛船,飛船以99%的光速飛行,靜止的我打開手電筒,你想駕駛飛船追手電筒的光,你以為你和手電筒的光相對速度隻有1%光速?手電筒的光隻比飛船快了1%?實際上并不是,在你眼裡,手電筒的光的速度仍舊是光速!

這就是著名的光速不變原理。

理解了光速不變原理,接下來看看“同時的相對性”:一個事件的發生,在不同的參照系裡并不會同時發生。

下面舉例說明。

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你在高速行駛的火車上,來到車廂的中間位置打開打火機,打火機的光會向車廂兩端飛去。在你眼裡,打火機的光會同時到達車廂的兩端。這是因為車廂兩端與你的距離是相同的,而光速又是不變的,不會随着火車的運動發生改變。

但對于地面上靜止的我來講,我會看到火車車廂後部主動向打火機發出的光移動,也就是說,車廂後部會追趕光,相反車廂前面會遠離光。

這樣的結果就是,在我眼裡,打火機的光并不會同時到達車廂兩端,光會先達到車廂後部。

同樣一件事,在你眼裡是同時發生的,但在我眼裡就不是同時發生的,這就是“同時的相對性”。

同時的相對性,體現出來的其實就是“時間膨脹效應”(鐘慢效應),在之前的文章裡說了很多關于“時間膨脹效應”,這裡就不再詳細闡述了。

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為什麼會出現時間膨脹效應,都是因為“倔強”的光速,都是光速不變造成的。這也說明了一點:光速其實就是宇宙時間的“标準尺度”,在複雜的運動形式,複雜的參照系下,我們可以用“光速不變原理”衡量彼此的時間變化關系。

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同時,光速不變原理也告訴我們,時間和空間是一體的,是不可分割的,光速同樣也是空間的标尺。光速不變原理不僅僅意味着運動會使時間膨脹,也會使空間會變短(尺縮效應)。

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