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1 # stemmer
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2 # 賽先生科普
題主的前半部分問題,完全就是一個狹義相對論的問題,關於時間膨脹的。
其實難懂是因為大家只針對相對論的結論去思考。如果大家能看看狹義相對論的原理還有一些推導過程,會發現並沒有那麼難以理解,一切都結論都是那麼水到渠成。
狹義相對論兩大原理光速不變原理(實際叫作光速不疊加更好)狹義相對性原理(後來的廣義相對論,直接推廣為相對性原理)狹義相對論神奇就神奇在第一條原理。它規定了任意慣性系中光速為恆值。因為這與我們的認定的常識相違背。由此產生了洛倫茲變換式,也就是那些狹義相對論結論的基礎數學變換式。大家有興趣可以去網上找找看看,不難的。
有了這些變換式,那些像鐘慢尺縮,質量增大,速度疊加 甚至 質能轉換式 也可以推到出來。
題主所提的後半部分問題實際上在相對論中,或者是愛因斯坦從未說過能回到過去啊,穿越未來啊。本身相對論中就是禁止發生這些事的。
那麼所謂的時間穿越是怎麼實現呢?
其實很簡單,在狹義相對論中,如果你在一艘超高速的火箭裡,假設執行一年,但地球上已經過了一百年,這時你回到地球,就會發現,人類的社會已經過了100年了,就像穿越到未來一樣。
廣義相對論中,你可以不需要那麼高速的飛行器,你可以坐飛船去大質量天體附近逛一圈,比如黑洞。。。,但是注意不要被吸進去哦,逛完之後再回到地球,你會發現,雖然你才出去一會會兒,但地球已經過去了數百年!
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3 # 科學聯盟
在回答之前,小編指出2個錯誤。第一個是,題主說來回需要0.17年,這個沒道理。來回存在加速和減速過程,時間肯定不是0.17年。這件事情在非相對論力學可以認為是多慮了,但是在相對論性物理,是不能不考慮的,因為這件事情導致飛行器不再是慣性系。這樣會給計算帶來一些麻煩。不過這裡主要是科普,所以不考慮計算的事兒。第二個是,題主把牛頓的絕對時空和相對論的時空生拉硬扯在一起。時間旅行不管有沒有,都必須要要從相對論時空出發去討論,而非牛頓時空。
現在小編簡單說一下狹義相對論。相對論不是牛頓力學那樣的經典理論,而是考慮時空本性的經典理論。按照研究物件,相對論分為狹義相對論和廣義相對論。前者是平直時空的理論,後者是彎曲時空的理論。這一點有問題的,可以去看相對論的所有著作以及當年愛因斯坦的論文(已經收錄在《愛因斯坦文集<第二卷>》,商務印書館出版)。小編這裡不再羅列基本理論的數學形式。
狹義相對論認為,不同參考系的時間是不同的。這就導致靜止參考系(注:靜止參考系是為了闡明狹義相對論而加入的先驗參考系,本身不存在)測量一個運動物體經歷的時間,和運動物體自己測量自己的時間是不同的。這一點無論是從數學的推導結果上,還是從物理的定性分析上都必須接受,否則就不能理解相對論。搞清這一點,下面要搞清另一個問題,這兩個時間哪一個是具有相對性,哪一個沒有相對性。外界的慣性參考系(注:慣性參考系指的是相對於靜止參考系靜止或者勻速運動的參考系,狹義相對論因為無法解釋慣性參考系的特殊性,所以存在致命問題,這一點被廣義相對論所解決)測量運動物體經歷的時間我們記作t,運動物體測量自己的時間記作τ(希臘字母,讀作tao)。這兩個時間中t是相對的,外界慣性參考系速度不同則t就不同,而τ是絕對的。
題主說"100光年的距離,肯定要100年啦!然而,當加入愛因斯坦的相對論之後,透過計算只需要0.085年",小編要說的是,這是典型的學術錯誤。因為這裡根本沒有指定參考系,所以所有的計算都是毫無意義的。如果是用相對於飛船(這裡需設定飛船是慣性系)靜止的慣性參考系去測量,那麼算出來的結果是
將l=100l.y.,t0=0.085y反解出速度v等於0.9999996c。也就是說,飛船的速度大小為與真空光速相差108m/s。由此可見,飛船那叫一個快啊。
對於靜止參考系而言,事情卻不是這樣,它測出飛船所用的時間是
這裡強調,相對論雖然有很多個時間,但是對於研究具體問題,只能選一個時間。這件事情小編曾不止一次對一些提問者說過,最簡單的例子就是高中物理裡因參考系選擇不同導致物體的能量不同的例子。相對論不過是把這種不同推廣到時空。相對論與牛頓力學不同之處在於,無論選擇哪個參考系,有一個絕對不變的量存在。那就是時空距離,注意是時空距離,不是空間距離。空間距離是相對量,時空距離是絕對量。我們可以用時空距離來衡量運動物體的年齡。那麼這就可以發現一個奇妙的現象,運動的人其年齡增加速率比靜止的人要慢(這裡要注意一件事情,那就是這個比較是在靜止參考系裡比較的,在運動的人看來,這件事情卻不是這樣的),所以生命在於運動是有道理的。當然,前提是得接近光速的運動。
這裡有一個佯謬,那就是以靜止參考系為參考系,運動的人年齡增加得更慢,可是以運動的人為參考系必然得出靜止的人年齡增加得更慢。這個問題我們可以透過設定只選擇一個參考系來消除矛盾。但是有人將這個佯謬升級了:考慮運動的人減速到靜止,再問誰的年齡增加得多。這個就是雙生子佯謬的最簡單版本。換句話說,題主的困惑正是這個佯謬。這個問題在二十世紀中葉曾引起軒然大波,有人在一些影響力很高的雜誌上發過論文來質疑相對論。但是,有人明確地指出,運動的人減速過程存在加速度,而靜止的人沒有加速度。按照相對論,加速度(應該說是4-加速度)是一個相對論不變數,只要一個人相對慣性系加速,那麼其加速度帶來的物理效應就不能忽略。但是狹義相對論的座標變換是以慣性系為前提的,要想獲得非慣性系的座標變換,就要放棄洛倫茲變換。但是這個問題,不需要考慮非慣性系變換也能給出答案。前面說過了時空距離是一個相對論不變數,從它出發考慮減速運動的時空距離變化了多少就知道運動的人的年齡是如何變化的。結論就是,此人更年輕。換句話說,在做著火箭或者宇宙飛船(要求速度接近光速)去旅行的人,再次回到地球,她(他)會發現自己不過是出去了一個月,但是地球卻過去了一百多年(有加速度的效應,所以得加個"多"字)。對於出去旅行的人而言,彷彿是經歷一場前往未來的時間的旅行。這就是我們常說的“穿越到未來”。要注意的是,這個人要想回到過去,她(他)就得超光速運動。可是根據相對論,作為亞光速的她(他)在這輩子也不可能超光速。換句話,題主所說的回到過去,在相對論看來,就是痴人說夢。
【注意,不要以為非慣性問題就是廣義相對論的問題,只要背景時空是平直的,那麼沒必要搬出廣義相對論糊弄別人。狹義相對論也可以計算非慣性運動,這需要從時空結構出發。】
現在有人就問了,相對論說的這些效應,是真的嗎?答案是——真的。物理學家透過用銫原子鐘精確測量出了運動物體的時間變慢效應,注意這裡的運動速度不再是接近光速的高速運動,而是一般運動。這個實驗在極高的精度上檢驗了狹義相對論的鐘慢效應,以及廣義相對論預言的引力場導致始終變慢效應。
1971年10月,物理學家約瑟夫·C·海費爾(Joseph C. Hafele)和天文學家理查德·基廷(Richard E. Keating)乘坐四架商用飛機,飛機上放置有事先調好的銫原子鐘。他們在世界各地飛了兩次,首先是東方,然後是西方,然後把時鐘的時間值與留在美國海軍天文臺的銫原子鐘的時間值進行比較。結果發現,三組鐘錶被認為是不相同的,它們的區別與狹義廣義相對論的預言是一致的。以下是他們的實驗資料(來自Wiki)
當時實驗的精確度是在10%以內,而現在相關實驗精度可以達到1.6%!具體見https://en.wikipedia.org/wiki/Hafele%E2%80%93Keating_experiment
這些實驗充分說明,相對論是正確的理論。理解相對論固然重要,但是首先要承認相對論。如果不承認相對論,那根本談不上理解相對論。在承認的基礎上,要理解相對論,就必須徹底地學會相對論。
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4 # Powell非大少
我不是科學家啦,我用我自己的理解方式理解的你這兩個問題,很有可能是不對的,我只是說說,如果不對不要被我誤導。
我覺得你之所以理解不了,還是因為你把時間作為了不變的標的物,而相對論不變的標的物是光速而不是時間,這個彎兒轉不過來,就很難理解的了。舉個例子: 把你的飛行器比作火車,那對面跟你一樣速度的火車跟你對著開,相對來說速度是多少?如果用時間恆定,就是你現在的理解,那就是兩倍光速。而以光速恆定,那它還是光速!如何做到還是光速,那隻能是你火車外部的時間變快!(相對於時間恆定:同樣是一公里,若果需要一分鐘跑完,那麼如果時間變快,半分鐘=1分鐘,那麼一公里只要半分鐘,相對來說速度快了。把他反過來想,速度一定,那麼時間快了。)外部的時間快了,相對的你的火車內部的時間慢了,以保證你的火車相對於外界一切速度的變化,保持最快不超過光速。所以,因為你外界的事物都在運動,所以你的時間比外界要慢的多。這只是我的理解,不是答案啊!
第二個問題穿越的問題,這個我想你要先搞明白緯度是個啥,這就挺難解釋,而且說法也不統一,你可以多看看這方面的文章。如果這個能理解,這個穿越問題,就不難理解了。給你個提示吧,首先理解 “點” 的概念。這是理解緯度的基礎我覺得。
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5 # 熱心藝術家R6
這個問題看來正常思維是不可理喻的,因為思維是生滅生滅的,有計執,把計執放下,進入“觀”的狀態,自然顯現後,就明瞭。不過這得功夫,還是很難理解。佛教可以解決這個問題,其實時間也是因人而設的,本來就無所謂時間,空間,只要你能回到那個本體,便無這些概念
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6 # 踏浪而來UFO
光是恆定的速度,所謂說是有質無量的。任何的物體是無法超越光速的這個速度,這是有道理的,而物體好象是無法擺脫光的影子一樣,是擺脫不了影子的,是無法超越光速的這個影子的,除非是會產生出某種的時空效應作用,而就變相的可以說是快過光速了,但實際情況還是不能快過光速的。而這個所謂說的變相的時空效應,就是另一維度的空間了,而這另一維度的空間,可能時間就是有所不同的,或者說是物質的某種分隔性密度的不同吧!如果情況是按上面所說的,我們日後是要作時光機的穿越,就不要總是考慮用什麼方法而可以超越光速的這個幻想了,而只考慮用什麼方法可以使到時空會產生出效應的作用了。但亦不能不考慮速度的這個效應作用呀!因為關於時空的這個效應作用,現在看來還是一個謎吧!如果能夠解開了這個所謂說的時空效應作用的這個謎,就可以作出時間的穿越了!
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7 # 臆想天開
相對論中有個時間膨脹公式,這個公式的設計形成原因應該就是源於愛因斯坦一次看電影時的突發奇想。愛因斯坦覺得電影螢幕的影像以光速向外傳播,如果以光速後退就能看到一個以光速傳播的靜止畫面。當然這種情況出現必須是愛因斯坦想象的那樣,螢幕的影像能夠保持原尺寸而且是一個個如製作的動畫片,每一個畫面略有不同的影像畫面疊加向外以光速傳播。如果是這樣距離螢幕距離不同的人同一時刻看到的電影畫面就不會是完全相同的畫面。但事實上電影畫面向外傳播過程總是發散的,也就是傳播的越遠畫面就會變得越大,這就像電影放映機那麼小的鏡頭放映投放到螢幕的畫面隨著螢幕與放映機的距離變化,距離小畫面就小,距離遠畫面就大。而我們實際上只能看到電影螢幕處的畫面,距離螢幕越遠畫面越小,並沒有人能看到從螢幕上漂移到眼前的空中形成的畫面。當然憑藉看電影的想象並不是愛因斯坦速度改變時間這個時間膨脹公式形成的原因,而是愛因斯坦聯想到面對一個時鐘以光速後退就會看到時鐘不再走時的靜止畫面,因為時鐘是用於計時的,時鐘靜止了也就等於時間靜止了,因此得出了光速運動時間靜止的結論,同時想到了運動速度不同也會影響時間變化,因而設計出了時間膨脹公式。
之前我已經說到光影像傳播的越遠會變得越大,而我們距離實物越遠時看到的只能是越小的實物畫面,而且距離足夠遠時我們就什麼都看不見了,並沒有看到浮現在眼前空中保持原來尺寸或者是放大了尺寸的畫面。真實的影像傳播方式與想象認知傳播方式是完全不符合的。並且時鐘在我們能夠看到的視線範圍內實際上是正常走時的,並且光速後退的過程也是消耗著正常時間的,更重要的是光速後退時是看不到時鐘走時停止的靜止畫面。也就是說時間並沒有發生任何改變。時間膨脹公式是不成立的,光速執行能夠使時間靜止也是不成立的。所以說離開地球多少光年遠能夠看到地球上多少年前的事是不可能的。因為速度並不能改變時間,頂多可以改變高速運動時鐘走時的準確性,以時鐘準確與停止的方式判斷時間的變化率是不符合實際的。
窗戶紙已經捅破,現在要看各位如何進一步思考。最後說一下,對於距離我們越遠的東西我們看到的就會越小,甚至小到看不見為止,卻不能看到光攜帶並傳送過來的影像這個事實,這是我們對光還沒有真正理解的原因,因為我們知道只有足夠能量光到達我們的眼睛才能觸發我們的視覺系統看到,而距離越遠的物體我們看到的卻是會變得越小,而不是發散變大的影像來到我們的眼前,這種現象現在只能解釋成:我們看到的物體離我們越遠就越小而且我們看到的是遠處真實的物體,是光的能量傳遞到了我們的眼睛裡而不是影像。也說明我們能夠看到的甚至是用望遠鏡看到的一切都是真實存在的,而且就是其現在的狀態。關於我們看到的就是現在的說法,應該是個事實,但現在還無法證實,相信總有被證實的一天。我一直都認為只要我們能夠看到的不僅是真實存在的而且呈現的狀態就是現實的。
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8 # 翔宇星1
時間是度量自然變化塊慢的尺度,空間是度量自然存在規模的尺度,它們的比值就是速度。愛因斯坦相對論的核心是任何事物都是相對的,而惟一不變的是真空中的光速,這種角色的轉變使人們對客觀事物的看法產生轉變,其實時間與空間的尺度是人類解答自然現象的一種語言,如果為了維持光速不變理論把自己的語言改變,那光速不變就不成立,具體理論太複雜這裡就不一一陳述。
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9 # 己所甚欲勿施於人
看了幾個回答,能真正理解狹義相對論的沒有幾個,更不用講廣義相對論了。
其實對於相對論,能理解的人數只是非常小的一個比例。2015年中國對公民科學素養調查結果是,3.6%的人具有基本科學素養,而在這些具有基本科學素養的人群中,理解相對論的仍然只佔非常小的一個比例,這就是“科學”高傲的一面。
對於物理前沿理論,普通大眾是沒有能力,也沒有必要去理解的,對這類問題,我們只要做到,相信“主流科學家的觀點”。因為這樣的觀點,正確的機率要高很多。
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關於相對論和時間的都是好問題!說明廣義相對論讓越來越多的人去了解,挖掘。
三胞胎超人,先三體合一在一起,一個在原地,一個太空旅行,還有一個,費點事,時刻(假設即時)觀察其他兩人動態,且將自己時刻保持在兩者對稱軸上,這時,他會發現,其他兩個兄弟離開他的距離時刻一致,速度,加速度都時刻一致,更會發現,兩個兄弟的時間流逝一致,沒有任何區別,最終,旅行結束,他會發現,三體合一後,一樣變老,時間三者同步,沒任何差異。
再一個思想實驗:超人雙胞胎(均無質量)陏著光子對光速不同向旅行。這時會發現超人兄弟無論到那,時間都一樣變化(沒變也可以,反正同步)。超人雙胞胎好強大,把所有空間都走過,這時,會發現,任何時空都同步。
接著說相對論的尺縮鐘慢效應。相對論的前提是光速不變,光速在任何參照系下都不變。光速是當前參照系下的最大速度,任何觀測,都快不過光速,也就是說,任何參照系下,都會產生觀測光速延遲效應。同一時空點,不同的觀測者速度不一致,光速延遲效應下的結果會不一致,會出現尺縮鐘慢效應。這裡的尺縮鐘慢程度會隨速度的不同而不同,只與本身的參照系有關。因此說,尺縮鐘慢效應只是觀測者效應,只是因光速延遲效應產生了虛現象,這些虛現象會隨參照系變化而變化。
初步結論:相對論中時間變化的是虛時間。
實時間。時間是人為定義的,不是客觀存在,不同的定義,有不同的時間變化規律。但是,宇宙萬物是運動變化的,在空間中運動變化的,其運動變化按相對論均應服從同一客觀規律,所有運動變化都應是有章可循的,也就是說,所有運動變化,只要相對靜止,相同條件下,所需時間是相同的,這裡的相對靜止的時間,按相對論,不存在鐘慢效應,是最長的,將他稱之謂實時間。
時間箭頭。熱力學第二定律告訴我們,熵只增不減,時間有箭頭,單向流動,時間不反演。在這裡,要補充一點,本文的熵不與孤立系統的雜亂程度掛鉤,熵的定義為孤立系統中不可利用能量佔總能量的比重,這樣,按照熱力學第二定律,熵才真正只增不減。
實時間不快進。時間上普遍存在一個誤區,那就是將相對論時間作為實時間看待了,相對論時間只是虛時間。否則會產生光要走很長時間,而亞光速所需時間更少的明顯錯誤結論。其實按相對論計算出的時間不是實時間,而是觀測到的時間,說白點,觀測到的是過去,是己過去的時間,虛時間。廣義相對論目前未找到反例,引力波的發現再一次證明廣義相對論是可靠的,據廣義相對論的光速延遲效應,我們目前只可觀測到過去,而不能觀測到現在,所有觀測到的均己發生過,不可更改。現在這刻發生的,目前不可能觀測到,絕對的實時間觀測不到,不存在,也無法實時比較,只可推測,只可推測物體運動變化先後性。
熵只增不減,單調遞增,對應的實時間也單調遞增。實時間不會跨越,也不會打結,摺疊。
結論:實時間不變,時間不反演,不快進,不折疊,時間旅行不可行。