为什么时间会膨胀,达到光速时间停止长生不老怎么理解?

狭义相对论和广义相对论合在一起,推翻了经典物理学中的静态宇宙观,证明了宇宙是动态的,不断发展变化的。这个动态的主要内容就是在不同的惯性参考系,时间流逝是不一样的。导致这种时间变化的就是时间膨胀。

时间膨胀有两种:

在狭义相对论里面,速度越快,时间流逝越慢,速度时间膨胀遵循的公式表达为:t'=t/√[1-(v/c)?]

式中,t'是速度时间膨胀效应值;t是低速系观测者第一个时钟时间记录;v是第二个时钟相对第一个时钟的移动速度;c为光速。

在广义相对论中,在引力(重力)越大的环境中,时间流速越慢。引力时间膨胀遵循的公式表达为:t'=t*√(1-2GM/rc?)

式中,t'为引力时间膨胀效应值;t为低引力惯性系观测者时间流逝值;G为引力常数,取值6.67x10^-11N·m?/kg?;M为天体质量;r为天体半径;c为光速。

在这些公式里,我们可以看到都有光速“c”的身影,说明光速在时间膨胀中的关键性作用,如果没有确定光速的准确值,或者没有确定光速极限、光速不变、光速恒定这几个原则,就没有时间膨胀的精确测量。

因此我们首先了解一下什么是“光”?

为什么说光速有这么重要呢?这是因为我们人类所观测到的一切,都是依靠光,更严格意义上来说是依靠电磁波。现代物理学认为,电磁波谱整个波段都是光波,都是由光子作为媒介传递的能量。

我们人类眼睛能够看到的光叫可见光,波长在380~760nm之间,只是整个电磁波谱中很微小的一点点,电磁波谱还包含无线电波(包括长波、中波、短波、微波)、红外线、紫外线、X射线、γ射线,可见光只是夹在红外线和紫外线之间的夹缝中一点点。

除了可见光,其余的电磁波谱都是肉眼看不到的,但现在人类通过各种发射和接受设备,不但能够看到这些不可见光,还能够发射这些不可见光。

现在人类探索太空,探索我们周围的世界,探索地底下和深海,探索细菌、病毒、原子以及基本粒子等微观世界,都是依靠光(电磁波)进行的,因此没有光,人类就白长了一双眼睛,这个世界就无法辨识。

“光速”已经成为物理世界最重要的常数。

从伽利略开始,经过几百年科学家们前赴后继,经过对光的测试,人们知道了光是有速度的,而且是很快的。上世纪人们通过光的干涉效应测得了真空光速的准确值,1975年第十五届国际计量大会修改了“米”的定义,将1米定义为光在真空中1/299792458秒时间里运行的距离,从此米和光速相互印证,得到了精确定义,真空光速精确值为:c=299792458m/s,这已经成为现代物理学中一个最重要常数。

爱因斯坦在狭义相对论里面,用无法辩驳的逻辑论证,确定了光的基本属性,就是它是我们世界的物质的极限速度,任何有静质量的物体都无法达到,更无法超越光速;真空光速在任何参照系都是恒定的,光速本身也不可叠加。

光速限制和光速恒定通过洛伦兹变换得到完美的解释。

光速限制公式表达为:M=m/√[1-(v/c)^2]

其中M为物质的运动质量,m为物质的静质量,v为运动速度,c为光速。

光速恒定公式表达为:V=(V1+V2)/(1+V1xV2/C^2)

其中V为物体叠加速度,V1、V2为两个运动源速度,C为光速。

光速是我们世界的定海神针。

光速为什么会是我么世界的定海神针呢?在狭义相对论中,得到光速限制和光速恒定的推导过程非常复杂,没必要照搬过来。在这里时空通讯就来“民科”一下,谈谈自己对光速影响世界的一点体会。

宇宙的一切都在运动,而运动的顶级速度就是光速。我们所有的观测活动都是通过光源或者光的反射、衍射、折射进行,而光是有速度的,因此在速度中观测事物就可能得到不同的结果。

我们在一定的速度参考系中,由于观测目标的时间改变了,时间就会变慢了。

比如我们观测一个距离我们1光年的地方,本来只能够看到1年前的事物,但由于我们坐在一艘半光速飞船中,我们看到的那个事物就会更早的来到我们面前。根据公式计算,在低速惯性坐标系,比如地球上的人,看到这条一半光速飞船用了两年时间才到达1光年远的星球,而在飞船里的人们只感觉约用了1.73年时间,因为一半光速时间膨胀效应为1.1545倍。这样高速系里面的人感受到的时间就比慢速系观测者时间要慢。

而当速度趋于光速时,与我们接收到的事物发出的光是同时到达的,因此就会表现出空间为零时间为零的效应。我们还用前面1光年距离物体来打比:当1光年处物体的光还没有发出时,乘坐光速等速飞船的人们就到达了那里,看到它当时的样子,而不是1年前的样子。这样飞船上的人感觉没有费任何时间,而在慢性参考系中的人们观测到这艘飞船还是花了1年时间。

在引力条件下,这种时间膨胀效应与速度时间膨胀效应应该是等效的。

引力越大,对时空的扭曲越大,在扭曲的时空里,时间变慢;当引力达到光速也无法逃逸时,时空趋于停止,也就是说空间为0,时间停止。

这种停止并不是说飞船中的人似乎被定身法定住了,而是真的没花费时间,不光感觉没花时间,就连身体细胞的新陈代谢也没有动一下,是真的时间没流逝。

这种“民科思维”可能漏洞百出,仅供大家参考。但不管速度时间膨胀还是引力时间膨胀,都是以光速为关键参数的,这说明光速是人类世界最重要的一个常数,是衡量时间膨胀的最重要标准。


速度和重力时间膨胀不仅仅是理论,早已证实并广泛运用。

这里举两个简单例子:

1、科学家精确实验发现,同一种粒子的衰变在不同的速度里是不一样的,速度越快衰变越慢,这说明速度越快时间越慢,粒子的寿命越长。

2、GPS定位卫星在20000km高空运行,受到的地球重力比地表小,因此时间会相对地表要快;而卫星以每秒约4km速度运行,时间相对地表就要慢一些。虽然时间膨胀很小,但必须按照相对论上述公式进行修正,调整卫星上的原子钟跳动频率,使之与地表格林威治时间一致,这样才能够精准的进行导航。

同样,在宇宙航天探索中,都必须考虑调整时间膨胀效应,探测器才能够准确的到达目的地,并准确的完成探索任务,将资料发送回来。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。