五千年(敝帚自珍)

主题:求教,关于相对论的时空观 -- hopeful

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  • 家园 求教,关于相对论的时空观

    相对论总是吸引门外汉,偶也不例外.

    按照相对论的观点,运动的物体内时间和空间也将发生变化,就是科幻作品里说的速度越快,时间越慢.如果从地球上发射一艘高速飞船,那么飞船上的时间将会比地球上慢.

    我的疑惑就在这里.如果运动是相对的,那么对飞船来说,地球也是高速运动的物体,地球上的时间应该比飞船上慢,这显然不对.可是如果运动是绝对的,那么绝对速度的意义是什么?又该如何测量物体的绝对速度?从地球上发射的飞船的绝对速度一定比地球慢吗?

    • 家园 这个可以分两方面来看

      1,如果单纯的考虑两个惯性系统,一个是高速飞行的宇宙飞船,另一个是地球(忽略地球本身加速度的影响,考虑地球也是个惯性系统),那么两个惯性系统是等价的,也就是说,地球上看飞船里的时间慢,而飞船里观察,地球上的时间慢。你的理解并没有错误。

      2。你提到从地球上发射飞船,那么飞船上时间慢。这个正是与双生子谬论相同:一对孪生儿,当他们其中一个离开地球作星际旅行(速度接近或超过光速)时,他们的年龄会发生什么样的变化?假设哥哥乘坐宇宙飞船离开地球去访问外星球,然后在某个时间返回,那么会发现哥哥的年纪将比弟弟轻很多。这个现象是已经被实验证实的,对于这个现象本身没有什么疑问。但是如何理解这个现象呢?为什么相对论原则不再起作用了呢?

      这个问题关键是,从地球发射宇宙飞船到高速,飞船是要做变速运动的,如果飞船要返回地球的话,还要转弯。这样,飞船飞行的整个过程不可以完全考虑称惯性体统,进一步说,飞船相对于整个宇宙天体(大质量)在做变速运动,一边是整个宇宙,另一边是飞船,或者说飞船的系统与地球系统并没有对等性。这个时候如果计算总的时间快慢,需要使用广义相对论。总的说来,相对于宇宙(大质量)进行越多变速运动,时间越慢。因此,如果从地球上发射宇宙飞船,再返回地球,飞船上的人会比地球上的人“从地球人的角度看”活的时间长。但对于飞船上的人自己来说,他的“生物钟”大概并不会因此变慢。有趣的是,飞船在近光速飞行时需要消耗巨大的能量,这意味着要保持年轻,需要付出非同寻常的代价!

    • 家园 时间不再有绝对的意义,要比较时间的快慢,必须有相应的操作程序

      通俗的说,就是必须“对表”。用操作程序定义物理概念,正是相对论给科学思想带来的伟大的革命性转变之一。

      在光速不变的条件下,仔细研究两个惯性系间“对表”的程序,可以推知两个惯性系是对称的,并且双方都认为对方的表比自己的慢

      详见 外链出处

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