古人云,天上一天,地上一年。为什么会这么说呢?古人自有古人的道理。但是从科学的角度,这件事情有没有可能呢?其实根据狭义相对论,还真能解释一下。
今天我们就来讨论一下,时间到底去哪了?
故事得从迈克尔逊-莫雷实验开始说起。我们都知道,迈克尔逊-莫雷实验并没有发现以太的存在,相反却得到了一些与以太存在相矛盾的结果。但是这个时候的科学界对以太的存在还是坚信不移的,所以为了解释迈克尔逊-莫雷实验与以太的矛盾,伟大的洛伦兹就站出来了。
没错,就是提出了洛伦兹力的洛伦兹。
洛伦兹还有一项伟大成就,就是提出了著名的洛伦兹变换。
根据洛伦兹变换我们不难发现,一个高速运动物体的长度会在速度方向上收缩,这个叫作尺缩效应。而时间也会发生膨胀,需要注意的是洛伦兹变换当中的t指的是时刻,而并不是指时间段。
洛伦兹矛盾了很久,提出了狭义相对论的基础,然而爱因斯坦却提出了完整的相对论。因为洛伦兹始终相信以太的存在的,也从未质疑过牛顿的绝对时空观。虽然洛伦兹变换表现出了速度对时间的影响,但洛伦兹却认为这仅仅就是个数学关系而已,并没有想过其物理意义。
那为什么时间会膨胀呢?
假设一个光子在平面镜之间来回反射,这样就形成了一个光子钟。为什么叫光子钟呢?我们上篇文章提到过光速不变原理,那么光子在镜面间反射的时间就不受到除镜子距离外的任何影响。
假设一艘船就是光子,而两边的河岸就是镜子。当船在河岸的两边来回移动时,船上的人看自己就是在上下移动。而如果加上水流的速度,在岸边的人看小船的移动,就是一条折线。根据光速不变原理,对于船上的人来说L=ct1,而对于岸边的人来说L=ct2。也就是说,岸边的人经历的时间要比小船上的人经历的时间长一些。
那事实是否真的如此呢?在1966年的一次衰变观测实验当中,也观测到了告诉运动的粒子的半衰期,确实比低速运动的要长一些。
当然,正如现在也有很多人不认同相对论一样,在狭义相对论刚提出的几年,时间膨胀效应也是遭到了很多人的质疑,这其中就包括了法国物理学家P·朗之万。
在1911年4月的波隆哲学大会上,朗之万提出了一个假想实验来质疑狭义相对论的正确性。
假设有一对双胞胎A和B,A留在了地球上,B坐上了高速宇宙飞船去太空漫游了,那么谁衰老的更快呢?相信很多小伙伴都会认为是地球上的A,因为速度越快,时间流逝越慢,衰老的就越慢。但是我们刚才说的高速运动,是相对地球来说的,也就是我们无意中就把A所在的地球当作了参考系,如果我们把宇宙飞船当成了参考系呢?在B的眼中,A才是运动比较快的。
这么来看A才是先衰老的,那到底是A还是B先衰老呢?这个就是著名的双生子详谬。
但其实,双生子详谬是对狭义相对论的一个典型的误解。这就是狭义相对论的第一个关键点---时间的同时性。
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