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1 # 小橋流水人家2017
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2 # 夢嶼千尋90604
這個問題是概念不要混消,在地球上的時間是按地球自轉一週記算,在地球外是按什麼來算,如按地球上的時間來算哪就一樣
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3 # 華北五角楓
首先感謝邀請。從廣義相對論和俠義相對論來說,空間站上的時間比地球快還是慢呢?廣義相對論是直線整個星座星系的引力運轉;有何但是俠義相對論是黑洞白洞的形成,它們會吞噬整個星空嗎?或者會成為阻礙 天空文明的障礙物嗎?”空間站上的時間是一年365天。但是地球自傳公轉的引力有黃角的時速變化,快的無法說。讓太陽月球圍繞它自傳,一年如此迴圈。所以空間站的時間遠遠比不上,地球自傳公轉的時速。
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4 # 小宇堂
綜合相對速度導致的時間膨脹和引力時間膨脹的綜合作用,這個可能比較難說,需要計算下來判定。
從狹義相對論角度來說空間站相對於地面有一個相對速度,以天宮二號來說,這個速度大概是每秒7.9km/s。我們用相對論時間膨脹計算程式計算一下可以得到:
天宮二號空間站中過了1秒,對地面上的觀察者來說實際上已經過了1.0000000003472秒(地面上時間過得相對更快,地面上的觀察者花了更多的時間看到天宮的1秒鐘……當然這裡是以瞬時速度來計算的)。
從廣義相對論角度來說地面上的重力加速度為:9.8
利用網上的重力加速度計算工具計算得出,天宮二號的重力加速度為:8.7581
再用下面的公式來計算引力的造成的時間膨脹(T0是地面上觀察者的歷時,我們用1s來計算):
結果大概是空間站上的觀察者的花了1.0000000006228秒觀察到了地面上的1秒鐘。
結論狹義相對論時間膨脹計算結果:1.0000000003472
廣義相對論時間膨脹計算結果:1.0000000006228
所以實際上以天宮二號的的高度和速度來說,還是地球上的人過的時間要稍微慢一些。(想想自地球誕生以來,地核因為引力造成的時間膨脹實際上要比地表年輕2.5年)
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5 # 火星一號
根據相對論的時間膨脹效應,由於天宮二號在太空中飛行,那上面的時間流逝速率與地球上相比會有所不同。不過,只有在接近光速和強引力場的情況下,時間膨脹效應才會變得很顯著。天宮二號和地球的時間流逝速率差異其實很小,小到只有用原子鐘才能測出來。
首先,根據狹義相對論的動鍾變慢效應,天宮二號上的時間(ΔT)過得地球上(Δt)更慢。天宮二號的軌道高度為393公里,對應的軌道速度(v)為7.68公里/秒,相當於真空光速(c)的0.00256%。由動鍾變慢效應可得:
代入具體數值,則有ΔT≈0.999999999672Δt,這意味著地球上過一秒,天宮二號上會比地球上慢了0.328納秒。累計一年,天宮二號上的時間也只會變慢10.35毫秒。
其次,根據廣義相對論的引力時間膨脹效應,地面比天宮二號距離地心更近,受到的引力作用更強,所以時間會過得更慢。由引力時間膨脹效應可得:
上式中,ΔT為參照系與地心距離為r處的時間,Δt0為距離引力場無限遠的時間,G為萬有引力常數,M為地球的質量。
代入具體數值,經過化簡之後,可以得到天宮二號上的時間ΔT2和地球上的時間ΔT1關係:
ΔT2≈1.0000000000404ΔT1
這意味著地球上過一秒,天宮二號上會比地球上快了0.0404納秒。累計一年,天宮二號上的時間也只會變快1.27毫秒。
因此,同時考慮狹義相對論和廣義相對論的時間膨脹效應,天宮二號上的時間過得比地球上慢。但兩個參照系的時間流逝速率差異很小,地球上每過1年的時間,天宮二號上的時間才會慢了9.1毫秒。
另外,如果是對於軌道高度為兩三萬公里的導航衛星,比如,位於軌道高度為3.58萬公里的地球同步軌道上的北斗-G3,那裡的廣義相對論效應將要比狹義相對論效應更為顯著,使得導航衛星上的時間過得比地球上更快,每天走快大約數十微秒。雖然這個時間差得很小,但乘以光速就是一個不小的數字,所以必須要消除掉這種不可忽視的誤差。
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6 # 賽先生科普
空間站上的時間過的比地球表面要慢。
實際上這個問題的解釋就是廣義相對論為GPS衛星修正時間的解釋,這兩者是一樣的,因為不論是空間站還是導航衛星,它們在太空軌道上的運轉純粹是由於引力引起的,換作更貼合相對論的說法就是:因為引力的實質就是時空彎曲,因此導航衛星之類的人造物都屬於自由質點,不受力。
但網上的一些相關文章(大家可以搜一搜相對論在GPS上應用)都會提到這個問題可以分別用廣義和狹義相對論解決。比如軌道上的物體處於運動狀態,因此涉及速度,於是就能利用狹義相對論;又因為物體所處高度不同,因此引力勢不同,於是又可以利用廣義相對論去分析。最後再將兩種結果綜合到一起,得出精確度很高的答案。
接下來,就用兩種方式(一種是單獨的廣義相對論,一種是狹義廣義混合的)進行分析,並給出兩者之所以能在這個問題上相互替代的原因。
①單獨的廣義相對論解法由於地球可以近似的看做一個靜態的球對稱天體,因此對其周圍彎曲時空的描述完全可以使用史瓦西真空解(這是愛因斯坦場方程的第一個精確解),利用這個解,我們可以給出真空中自由質點的固有時與座標時的關係,見下圖
公式中字母的含義:G為引力常數,M為地球質量,C為光速,r為物體距離地心的徑向距離,v為物體在軌的線速度,t為座標時(距離地球無窮遠處的時鐘時刻),T為物體的固有時(也就是物體隨身攜帶的時鐘時刻)
兩次利用這個公式,算出地表時鐘的讀數,以及在軌空間站(比如國際空間站,當初發射上去的軌道高度為400公里,速度為每秒7.7公里)上的時鐘讀數。隨後相減得出差值,發現每天空間站的時間都會比地球表面慢25微秒。
②混合解法雖然地球相對於人類而言是很龐大的,但它的屬性對時空的影響卻很微弱,即便是咱們的太陽也沒有將時空“壓”的有多“彎”,最直接的證據就是牛頓的萬有引力定律在咱們的太陽系適用的很好,雖然它只是廣義相對論的弱場低速近似。
因此我們完全可以將地球周圍的時空近似當做平直時空處理,這樣一來涉及到運動的空間站就可以利用狹義相對論中的鐘慢效應;而空間站因為與地表相差一段徑向距離,因此也可以將引力場對時間的影響考慮進去(這裡的討論,就純粹是將空間站當做一個與地面無相對運動的物體處理了)
最後綜合二者(狹義與廣義)的結論,得到公式如下圖
其中個字母代表含義與上節相同。如果我們將這兩個公式擺到一起,乍一看這兩個公式長的並不是很像,但關鍵點在於地球周圍的時空可以近似的看做平直,以及空間站的速度遠低於光速,這也就等價於公式中例如(v/c)^2、(2GM/rc^2)這些數值都非常接近於零,因此將兩個公式(解法一和解法二)各自展開,略去高階小量,最後都變成了如下公式
一個簡單的例子:比如在史瓦西黑洞附近,距離奇點徑向距離為1.5倍史瓦西半徑的光子層,那裡光子的切向座標速度變為約每秒17萬公里,注意是座標速度(和座標系的選取有關),但光子仍舊走的是類光線(這是常說的光速不變的精準說法,多的就先不說了),代入第一種方法的公式中去,固有時變為零;而代入第二種方法公式,固有時不為零(很明顯錯了)。
總的來說,考慮相對論的因素,太空軌道上的空間站(比如國際空間站),其時間過的要比地表慢。
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7 # 科學矩陣
空間站上的時間流速比地面上更快,具體快多少這個不太清楚,但差異並不會十分明顯,24小時的差異還遠遠不到1秒,因為地球引力不夠大。
在相對論中,兩個慣性參考系中的時間流速差異叫做時間膨脹效應,它有兩種情況:狹義相對論中具有“速度時間膨脹效應”;廣義相對論中具有“引力時間膨脹效應”。
我們分別從這兩大效應出發,看看空間站和地面的時間流速差異。
速度時間膨脹效應在狹義相對論中,時間的膨脹是由於速度引起的。在具有速度的情況下,時間會被拉長——也就是說每秒的間隔變長了,時間流逝得更慢了!
舉個例子來說:
在一列高速行駛的火車上,一個瓶蓋從桌上掉到地板上,在火車上的人看來,它下落的路徑是垂直的,因此移動距離就等於桌面到地板之間的高度。
然而在地面上的人看來,它下落的路徑就不是垂直的了,而是傾斜的,因此移動距離遠遠大於桌面到地板之間的高度。
這種現象看起來很正常,可是如何解釋同一個瓶蓋,相對於火車和相對於地面的移動距離不同,耗時卻是相同的呢?
因為相對於地面而言,火車上的時間膨脹了。我們假設瓶蓋落地耗時是1秒,那麼相對於地面的人而言,火車上的瓶蓋花費了一個更長的1秒來移動了更長的距離。
這就是速度時間膨脹效應的實際表現。不過這一效應在遠小於光速的情況下並不十分明顯,按照時間膨脹公式的計算結果,即使是在80%光速的情況下,1秒也僅僅會被拉長為大約1.66秒。
現在我們知道了飛行速度會導致空間站的時間流速慢於地面,下面我們再來看看高度會給空間站帶來怎樣的影響。
引力時間膨脹效應在廣義相對論中,時間的膨脹是由於質量導致的時空扭曲引起的。
任何有質量的物質都會將時空“壓彎”,這種彎曲就被稱為時空扭曲。如果我們將時空想象成一個有均勻網格的平面,當這個平面被壓彎時,彎曲處的網格自然就會被拉長,這表示什麼呢?——時間又被拉長了!
那麼既然時空扭曲是質量造成的,質量越大造成的時空扭曲當然也就越大,而引力是由於時空扭曲而產生的,引力越強的位置時空扭曲的幅度(時空曲率)也就越大,因此在引力越強的位置,時間也就被拉得越長,時間膨脹效應也就越明顯。
在好萊塢的硬核科幻片《時空穿越》中,我們看見主角登陸一個靠近黑洞的星球后,時間的流速變慢了,正是脫胎於這一效應而設計出來的情節。
但是,時空扭曲並不僅僅在不同物質間有所區別,在同一個物質中,距離該物質越近,時空扭曲現象也會越嚴重。例如地球,距離地球越近,時空扭曲幅度就越大,時間也被拉得越長。
故而地面上的時間流速是比太空中的時間流速更慢的;換言之,位於太空的空間站,時間流速是快於地面的。
這一效應在現實中已通過了實驗證實(實際上衛星時間的流速慢於地面也同時證實了這一效應的正確性)。
綜上兩點來看,空間站實際上同時受到了兩大效應的影響——它速度快於地面,因此時間流速也慢於地面;然而它遠離地面,因此時間流速又快於地面。
但是由於它的速度遠遠低於光速,而它受到的引力又遠遠小於地面,故此它受引力時間膨脹效應的影響更強一些,兩大效應相互以抵消,它最終的實際時間流速是稍快於地面的。
回覆列表
根據狹義相對論公式速度越快時間越慢(空間站每秒7.8公里)可得空間站比地面每天慢7微秒
根據廣義相對論星球質量周圍引起時空彎曲,地面比空間站時空彎曲程度嚴重即引力時鐘變慢效應可知地面比空間站處每天慢45微秒
綜上兩個疊加可知 空間站比地面每天快38微秒,所以導航衛星要自動校正時與地面時刻同步,否則你在馬路上導航就會導到家裡茅坑去了誤差很大。導航衛校時是愛恩斯坦相對論在現代生活科技中的偉大應用之一,再一次驗證了愛恩斯坦的準確偉大的偉人腦袋。