摘要:在日常生活中,时间似乎是稳定且恒定的,它不会加快或变慢。然而爱因斯坦的狭义相对论却告诉我们,时间并非如此简单,它会随着速度增加,而发生膨胀效应。也就是速度越快,时间流逝速度越慢,那么时间究竟是如何膨胀的呢?
在日常生活中,时间似乎是稳定且恒定的,它不会加快或变慢。然而爱因斯坦的狭义相对论却告诉我们,时间并非如此简单,它会随着速度增加,而发生膨胀效应。也就是速度越快,时间流逝速度越慢,那么时间究竟是如何膨胀的呢?
现在我们来做一个思想实验,或许你就能理解时间是如何膨胀的,想象一下,在一个盒子中,上下各安装了两个能够完全反射光线的镜子,中间这个红色小球我们假设为光子,当光子的上下运动时并计为一秒
现在我们再想象另一个盒子,并且恒定速度运动,那么此时我们会发现,下方这个盒子中的光子运动路线是呈V子形,并且两个时钟的计数发生了改变,而这是由于下方盒子中的光子在一次完整的上下运动后,所需的时间更长,也就说在高速移动中光子需要传播更长的距离。
假如盒子的速度越快,那么光子运动的距离就会越长,说明传播的时间也会越长。这就是为什么速度越快,时间越慢的原因。不过时间膨胀效应仅对外部观测者来说会发生改变。而对于内部的人来说时间依然正常流逝,那么这又是为何呢?
其实内部的人之所以感觉不到任何的时间差,是因为它也在随着盒子高速运动,并不会感觉到光子走的是V字路径,所以时间不会发生改变,只有外部的观测者角度才能感觉时间发生了膨胀。
虽然这些概念听起来非常抽象,但科学家们已经通过实验验证了时间膨胀的正确性。在1971年,有两位科学家分别为赫弗勒和基廷做了一个经典实验,它们使用了两个同步的原子钟,其中一个静止放在地球上,另一个则被带上飞机环绕地球飞行。当飞行结束后,他们比较了两个时钟的差异,发现飞行中时钟的时间确实比静止时钟走得慢,其差异为60多纳秒,完全符合爱因斯坦的预言。由此知道了时间膨胀的正确性。
另外,μ子粒子实验也证实了这一点。μ子是短寿命的粒子,在静止状态下它的寿命只有2.2微秒,但当这些粒子以高速运动时,它们的寿命会延长。这意味着,在高速运动的情况下,μ子粒子会“经历”更长的时间。由此证明物体在运动时,时间确实会变慢。
通过这些实验我们可以得出结论,时间并非像我们日常生活中感知的那样恒定不变。在高速运动或强引力场的作用下,时间可以变得不同。狭义相对论不仅改变了我们对时间的理解,还彻底颠覆了我们对宇宙运作的基本认知。
来源:太空科学站