回覆列表
  • 1 # 小鴿子看世界

    先上結論:在國際空間站和地球上各放一個時鐘,70年之後,空間站上的時鐘會比地球上的時鐘慢0.5秒!

    謝蓋爾·克里卡廖夫是在國際空間站停留時間最長的宇航員。《吉尼斯世界紀錄》對他的記錄如下:

    共停留803天

    速度17000英里每小時

    根據狹義相對論計算得出,他比一直呆在地球上年輕0.02秒。

    開啟Wolfram|Alpha網站來檢查上面的計算結果是否正確。首先我們要根據狹義相對論計算出,國際空間站宇航員相對於一個靜止的人而言,他的相對速度時間膨脹效應。我們計算了兩種情況下宇航員會分別年輕多少,一是在空間站呆803天,一是在空間站呆上70年:

    803天:=0.02秒=803天 *((1/sqrt(1-(17000mph/c)^2))-1)

    70年:=0.71秒=70 年 *((1/sqrt(1-(17000mph/c)^2))-1)

    由此得出,0.02秒的結果與《吉尼斯世界紀錄》完全一致,但他們卻忽略了一個非常重要的因素!

    只有當作為參照的靜止人處在與國際空間站相同的高度時,上面的計算結果才完全正確。

    因此我們還必須考慮廣義相對論裡的引力時間膨脹效應,即放在地球表面的時鐘比放在國際空間站的時鐘走得慢,也就是說,國際空間站上的宇航員比地球上的人老得快:

    l 803天:6毫秒=803 天*(2*(萬有引力常數)*(地球質量)/c^2)(1/(地球半徑)-1/(地球半徑 + 265 英里))

    l 70年:0.19秒=70年*(2*(萬有引力常數)*(地球質量)/c^2)(1/(地球半徑)-1/(地球半徑 + 265 英里))

    除此之外,我們還得考慮另外一個因素:由於地球自轉,相對於在北極點或南極點的人而言,在赤道的人正在每小時1000英里的速度繞著地軸轉動。但這一因素對時間的影響較小,70年也只有會慢上2毫秒。只要同時處在南北極點和赤道的海平面上,引力時間膨脹效應就會完全相等。因此我們完全可以忽略掉由於緯度不同而造成的這一點點差異。

    所以,問題的答案應該是:

    在國際空間站呆上70年之後,一個人會由於軌道執行速度而年輕0.71秒,同時也會由於距離地球表面的高度而衰老0.19秒。總的來說,他會比在地球上度過同樣70年的人年輕0.52秒。但別忘了,長期暴露在宇宙射線和太陽耀斑之中,壽命肯定會大大縮短,真正說來肯定是得不償失。

    綜上,根據廣義和狹義相對論,在國際空間站度過70年可以讓人年輕0.5秒。

  • 2 # 火星一號

    愛因斯坦的廣義相對論指出,時間是相對的,它與觀察者所處的引力場大小有關。在引力場越強的地方,時間流逝速率就越慢。根據廣義相對論,引力導致的時間膨脹效應的計算公式如下(不考慮地球自轉的影響):

    其中T為座標時間,t為固有時間,G為引力常量,M為產生引力場的物體質量,c為真空中的光速,r為觀察者的徑向座標,即距離引力中心有多遠。

    在太空中繞地球執行的國際空間站距離地表大約400 km,所以相比地面,國際空間站較為遠離地球,它所處的引力場相對較小,因此其時間流逝速率也越快。根據公式,代入引數G=6.67408×10^−11 m^3/kg/s^−2,M=5.97237×10^24 kg,c=299792458 m/s,地球的平均半徑為6371 km,從而可得國際空間站的觀察者時鐘:

    T1≈1.000000000655t

    因此,國際空間站的時間流逝速率比遠離地球引力場的地方慢了0.0000000655%。

    對於地球表面的觀察者時鐘:

    T2≈1.000000000696t

    因此,地球表面的時間流逝速率比遠離地球引力場的地方慢了0.0000000696%。從而,國際空間站的時間流逝速率比地球表面快了0.0000000041%。這意味著累計一天,國際空間站的時間比地球表面快了0.0000035 s,即3.5 μs。如果累計一年,則時間快了0.0013 s,即1.3 ms。如果累計一百年,則時間快了0.13 s。

    可以看到,雖然存在引力時間膨脹效應,但十分微弱。主要是因為地球的引力場較弱,只有諸如黑洞等引力場非常強的天體才會造成顯著的引力時間膨脹效應。

    此外,由於國際空間站以7.67 km/s速度在太空中運動,這裡還需考慮狹義相對論的時間膨脹效應——觀察者的速度越快,測得的時間越慢,其計算公式如下:

    其中T為速度為v時測得的時間,t為相對靜止時測得的時間,v為物體的運動速度,c為真空中的光速。

    代入引數得到,如果累計一天,國際空間站的時間比地球表面慢了28.3 μs。如果累計一年,則時間慢了10.3 ms。如果累計一百年,則時間慢了1.03 s。

    因此,綜合廣義相對論和狹義相對論的時間膨脹效應,如果累計一天,國際空間站的時間比地球表面慢了24.8 μs。如果累計一年,則時間慢了9 ms。如果累計一百年,則時間慢了0.9 s。如此微弱的時間膨脹效應,國際空間站上的宇航員難以察覺到。

  • 3 # 王珂

    在國際空間站上需要考慮兩點。

    第一是狹義相對論,國際空間站高速移動帶來的時間變慢。

    第二是廣義相對論,國際空間站上引力場較地球表面更弱,帶來的時間變快。

    這一快一慢,疊加後得出最終結果。

    國際空間站軌道高度只有四百公里,

    但是,GPS全球衛星定位系統的衛星,其軌道高度有兩萬千米,引力強度在那裡變化更明顯。

    衛星上的原子鐘,對地面人員的精確定位非常重要。

    這些時鐘同時受狹義相對論因高速運動而導致的時間變慢效應(-7.2 μs/日)和廣義相對論因較(地面)承受著較弱的重力場而導致時間變快效應(+45.9 μs/日)影響。

    疊加起來,就是,衛星上的鐘每天比地面,要快約39個微秒。

    可別小看這39個微秒,如果不加以糾正,每天會產生累計誤差十公里!

    所以星載計算機每天要把衛星上的鐘調慢39個微秒。

    愛因斯坦我愛你。

  • 4 # 唐森電器

    地球上的時間和空間中的時間沒有任何差別,差別是因為地球到空間有距離,無論用光波還是電波傳輸資訊,都有一個時間差,那就是距離/光速,在地球上的人,給衛星發個訊號問:幾點了,衛星說:現在衛星時間是24時00分00秒00毫秒00微秒00皮秒,地球觀察者接收到衛星傳送的時間標籤,就與地球上的時間比較,發現衛星上的時間比地球上的時間慢了1.33333333毫秒,這是相對論造成的嗎?大錯特錯,這是光訊號或者電訊號傳輸的時間,哪裡有什麼相對論。

  • 中秋節和大豐收的關聯?
  • 哪些專業比較適合考研?