若一名宇航员以光速分开地球,在一年之后又以光速返回,按照常理,当宇航员返回地球时,地球上应该已颠末去了两年光阴。
不外,若是您知道相对论,那么您就不会这么想了。若是从相对论的角度出发,那么那时地球上已颠末去了多长时候呢?
光速每秒30万千米,是宇宙中最快的速度。按照相对论,有质量的物体被禁止超越光速,那是因为要将它们加快到光速,需要无限的能量。所以说,宇航员和航天器理论上来说只能以接近光速的速度活动。
而时候是相对的,在分歧参考系下就会得出分歧的时候,所以飞船上的时候和地球上的时候是分歧的。时候具有单标的目的性,永远标的目的前流逝。而传统不雅念认为,在时空中每个位置上时候的流逝速度都是不异的,不外高精度尝试已经证实,这种不雅念是错的。所以,要想弄大白这个问题,就必需抛失落绝对时空不雅。
按照狭义相对论,若是参考系的活动速度越快,那么该参考系下的时候流逝速度就越慢。当物体的活动速度达到光速时,时候就已经遏制流逝了。这种现象被叫做时候膨胀效应,或者叫钟慢效应。当参考系的活动速度越趋近光速时,这种效应也就越显著。简单来说,就是活动的钟比静止的钟走得慢。
以接近光速飞翔的宇宙飞船,与地球这两个参考系的活动速度较着分歧。宇宙飞船上的时候流逝速度很慢,那么当宇航员返回地球时,对于宇航员来说,它只履历了两年时候,而对于地球上的人来说,却已颠末去了好几年,甚至上百年。这真的是“天上一日,地下一年”!
若宇航员全程都以99%的光速活动,两年之后,他返回地球后会发现,地球上的人们已颠末了14年。若是他有一个双胞胎兄弟,那么他的兄弟此时会比他大12岁。
若是以99.99%倍的光速活动,两年之后,两者之间的时候差将达到139.4年,真要发生这种环境,生怕他返回地球时就看不到他的双胞胎兄弟了。
不外,在现实环境中,宇宙飞船不成能一路步就以99%的光速活动,因为人体承受不了这么大的加快度,所以说宇航员必需要履历一个加快和减速的过程。这意味着,宇航员履历两年时候返回地球时,由时候膨胀效应造当作的时候差并没有前面说的那么大。
操纵这种现象,我们可以进行时候观光,只要速度足够快,仅需很短的时候便能穿越到遥远的将来,不外这是一次单趟的观光,没有悔怨药。
此外,在相对论中,所有参考系都是平权的,而活动也是相对的,宇宙飞船远离地球,也可以看作地球远离宇宙飞船。那么,从各自的角度来看,都是自身的时候变慢了。那事实是谁的时候真正变慢了?
其实,之所以呈现这个矛盾,是因为我们把它们都当做了惯性参考系。因为宇宙飞船在分开和返回地球的过程中履历了加快和减速的过程,那么宇宙飞船就属于非惯性参考系。对于非惯性参考系就必需用广义相对论进行处置。
而在广义相对论中,引力也会导致时候膨胀,引力场越强的处所,时候的流逝速度也就越慢。
宇宙飞船加快过程中的惯性力等同于引力,是以必需考虑引力导致的时候膨胀效应。综合考量下,现实上就是宇宙飞船的时候变慢了,而不是地球。
即使您感觉这很荒谬,不外事实就是如斯。无论是在高能粒子加快器中,仍是在GPS卫星上,这一理论已颠末持久且严酷的查验。 全球定位系统依靠切确的时候,因为存在时候膨胀,所以卫星上原子钟的时候每隔一段时候就必需要校准,要否则,每12个小时,定位成果便会有7米摆布的误差。








