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解讀時(shí)間膨脹_黑洞附近1小時(shí)相當(dāng)于地球7年_人

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-01-04 05:43:39    作者:百里月    瀏覽次數(shù):12
導(dǎo)讀

一百多年前,愛因斯坦得相對論橫空出世,徹底顛覆了人們得時(shí)空觀。牛頓得可能嗎?時(shí)空觀也因此被愛因斯坦提出得相對時(shí)空觀代替。雖然可能嗎?時(shí)空觀在人們心目中根深蒂固,而且非常符合我們得日常認(rèn)知,但越來越多得

一百多年前,愛因斯坦得相對論橫空出世,徹底顛覆了人們得時(shí)空觀。牛頓得可能嗎?時(shí)空觀也因此被愛因斯坦提出得相對時(shí)空觀代替。

雖然可能嗎?時(shí)空觀在人們心目中根深蒂固,而且非常符合我們得日常認(rèn)知,但越來越多得實(shí)驗(yàn)證明相對時(shí)空觀得正確性。

相對論包括狹義相對論和廣義相對論,前者是后者得基礎(chǔ),后者是前者得推廣,比前者更具普適性。

相對論有一個(gè)重要得思想,那就是時(shí)間膨脹效應(yīng)(鐘慢效應(yīng))。速度和引力都會(huì)影響到時(shí)間流逝速度得快慢。

簡單來講,速度越快,引力越強(qiáng),時(shí)間流逝速度就會(huì)越難。

從更深層去理解相對論,時(shí)間膨脹效應(yīng)其實(shí)是時(shí)間,空間和物質(zhì)三者之間得關(guān)系,時(shí)間和空間是密不可分得整體,簡稱“時(shí)空”。你不可能找到?jīng)]有時(shí)間得空間,反之也不存在沒有空間得時(shí)間。

同時(shí),物質(zhì)得運(yùn)動(dòng)會(huì)對周圍時(shí)空造成影響。

物理學(xué)是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,而相對論得整個(gè)論證過程其實(shí)是相當(dāng)復(fù)雜得,涉及到非常復(fù)雜得公式,還有高等數(shù)學(xué),看起來比較晦澀難懂。

而作為科普工,要做得就是把復(fù)雜得東西簡單化,通俗化。盡管這樣做不可避免地會(huì)出現(xiàn)不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)玫胤?,但并不影響我們對物理理論得影響?/p>

回到上面得問題,速度越快,引力越強(qiáng),時(shí)間就越慢。這就是對相對論中“時(shí)間膨脹效應(yīng)”得通俗解釋。

具體能變慢多少呢?

純理論分析,能慢到接近于時(shí)間停止。

速度無限接近光速,引力足夠大時(shí)(比如黑洞得史瓦西半徑,也就是事件視界),時(shí)間就趨于停止!

也就是說,光速和黑洞得事件視界是時(shí)空結(jié)構(gòu)終結(jié)得地方。

何為時(shí)空終結(jié)?

可以這樣通俗理解:一旦達(dá)到光速,或者身處黑洞事件視界,你將身處一個(gè)完全不同得時(shí)空結(jié)構(gòu)里,我們無法理解得地方。

光速,我們無法達(dá)到,因?yàn)槿魏斡徐o質(zhì)量得物體都無法達(dá)到光速,所以單純地依靠速度,我們只能無限地讓時(shí)間流逝速度變慢,并不能讓時(shí)間停止。

速度讓時(shí)間變慢得公式為:t'=t/√[1-(v/c)2]

公式本身并不復(fù)雜,很好理解。t'是變慢后得時(shí)間(高速飛行得時(shí)間流逝),t是觀測者得時(shí)間(低速世界),v是相對低速世界得速度,c是光速。

引力讓時(shí)間變慢得公式為:t'=tx√(1-2GM/rc2)

公式為不難理解。G是萬有引力常數(shù),M為天體質(zhì)量(比如地球),r為物體到天體中心距離。

兩個(gè)公式得推導(dǎo)過程相對比較復(fù)雜,這里不再詳述,有興趣得朋友可以試試看。

根據(jù)速度計(jì)算公式(第壹個(gè)公式),飛行速度必須非常接近光速,時(shí)間膨脹效應(yīng)才會(huì)比較明顯。

比如,如果你得飛行速度達(dá)到光速得一半,時(shí)間只能變慢15%。

也就是說,你以光速得一半(相對地球)飛行一年時(shí)間,地球時(shí)間只過去了1.15年!

當(dāng)速度達(dá)到光速得99%時(shí),時(shí)間膨脹效應(yīng)就非常明顯了,可以達(dá)到7倍。飛行一年,地球時(shí)間過去七年!

同樣地,引力也會(huì)影響時(shí)間流逝得速度。引力越強(qiáng),時(shí)間膨脹效應(yīng)越明顯。

著名科幻電影《星際穿越》相信很多人都看過,其中就有一個(gè)重要情節(jié),主人公在黑洞附近停留了一個(gè)小時(shí),地球時(shí)間竟然過去了七年之久,時(shí)間膨脹了六萬倍!

看到這里,可能有人會(huì)有這樣得疑問:既然時(shí)間會(huì)變慢,那么人們可以因此壽命更長,甚至長生不老么?

并不會(huì)!

相對論非常重要得一點(diǎn)就是“相對”兩字,必須有兩個(gè)不同得參照系,才能讓時(shí)間膨脹效應(yīng)得以體現(xiàn)。

假設(shè)你可以亞光速飛行(相對地球),你本身得時(shí)間(本征時(shí)間)流逝速度并不會(huì)有什么改變,如果地球上得人能看到你,會(huì)看到你得時(shí)間變慢了而已。

當(dāng)然,你也會(huì)看到地球上得時(shí)間也靜止了。

你們都沒錯(cuò),只是參照系得選擇不同罷了。

那么究竟誰得時(shí)間變慢了呢?你,還是地球上得人呢?

只能說,對比兩個(gè)不同參照系得時(shí)間流逝速度并沒有太大意義。正如上面所說,你和地球上得人都會(huì)認(rèn)為對方得時(shí)間變慢了!

以后當(dāng)你們重新回到同一參照系(亞光速飛行得你返回地球),才會(huì)對此出到底誰得時(shí)間變慢了,答案就是:你得時(shí)間變慢了!

這也是著名得雙生子佯謬,具體推導(dǎo)過程不再詳述,以后得文章會(huì)涉及到。

好像有點(diǎn)扯遠(yuǎn)了!

對于目前得人類來講,單純地依靠速度讓時(shí)間變慢不太現(xiàn)實(shí),因?yàn)樗俣仍娇?,質(zhì)量就越大,需要更多得能量才能繼續(xù)加速,還要考慮因速度過快帶來得其他問題。

而且速度帶來得時(shí)間膨脹效應(yīng)并不明顯。

用超強(qiáng)引力讓時(shí)間變慢也比較難,我們很難在短時(shí)間內(nèi)到達(dá)黑洞附近。

而有一種方式堪稱星際旅行得完美方案,那就是蟲洞。

通過蟲洞,我們甚至不需要任何加速,就可以瞬間穿越浩瀚宇宙距離。

遺憾得是,蟲洞得概念目前仍舊停留在科幻階段,或許有朝一日人類科技足夠發(fā)達(dá),就能夠制造出隨意穿越宇宙空間得蟲洞!

 
(文/百里月)
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