文章图片
文章图片
文章图片
很多人都听说过时间膨胀效应和空间尺缩效应 ， 当然还有质量膨胀效应 ， 而这些效应被统称为相对论效应 ， 它来自一个科学理论——狭义相对论 。
相对运动的参考系在狭义相对论里 ， 这些相对论效应无一例外地与运动速度有关 ， 而我们知道谈论运动时 ， 我们需要先设定一个参考系 ， 也就是这个运动是相对于谁运动 ， 那么产生相对论效应的运动速度是以什么为参考系呢？答案就是以观察者所在的参考系 。 由于相对论效应一般在超高速运动下才会相对明显 ， 因此这个观察者所在的参考系我们可以直接设定为地球 ， 因为一般观察者都是相对于地面静止的 。
问题出现——参考系也在运动然而地球本身并不是静止不动的 ， 我们现在知道它一直在动 ， 它以大约24小时一周在自转 ， 又以大约27天一周在绕地月质心旋转 ， 又以大约365天一周在绕太阳公转 ， 不单如此 ， 它还跟着太阳绕银河系中心公转 ， 又跟着银河系在星系团中高速运动……我不太确定它是不是在绕某天体旋转 ， 因为宇宙诞生的时间相对于星系级的运动来说 ， 实在太短了 。
所以一个奇怪的问题出现了 ， 当处在这些复杂的运动中 ， 究竟谁是高速谁是低速？当一艘飞船高速飞离地球 ， 它是在加速还是在减速？这是个很诡异的问题 。
诡异的问题：谁的时间更慢？如果你还没有体会这问题的诡异之处 ， 我换一个说法：一艘大飞船高速飞离地球 ， 一段时间后 ， 又从飞船上向地球高速发射一艘小飞船 ， 这时 ， 究竟是大飞船的运动速度更快还是小飞船的运动速度更快？以地球为参考系 ， 答案是显而易见的 ， 小飞船由于向地球发射 ， 相当于在大飞船的运动速度上减速了 ， 所以它的速度显然更慢 ， 但问题是 ， 它是从大飞船上发射的 ， 它相对于大飞船是高速运动 ， 而我们一直在讨论相对论效应 ， 现在问题来了 ， 大飞船和小飞船谁的时间更慢？
这个问题你其实可以通过参考系选取来确定谁的速度更快谁的时间更慢 ， 比如选取地球参考系 ， 很显然是大飞船的速度更快和时间更慢 ， 即使小飞船是在它身上加速发射的 。 而如果你选取大飞船参考系 ， 又是另一个结果 ， 在大飞船参考系里 ， 很显然是小飞船速度更快和时间更慢 ， 因为它是加速远离的 。 这两个结果在一定程度上都是正确的 ， 但在现实世界中 ， 它们只能有一个是正确的 。 假如两个飞船上有一对双胞胎 ， 他们都会觉得对方更长寿 ， 而当他们要见面确认一下时 ， 却又面临一个运动状态改变的问题……
相对论并非全都相对——相对里的绝对！上面这个问题可以说是加强版的双生子佯谬问题 。 如果一切都是相对的 ， 那上面这个问题就会出现诡异的结论 ， 作为第三方观察者的地球人无法确定双胞胎实际上哪个更年轻……
但实际上爱因斯坦的狭义相对论并非一切都是相对的 ， 它里面包含了一个关键的绝对概念——光速！也就是光速是绝对的！所有参考系里测量到的光速都是一样一样的 。 而破解双生子问题的关键就在这里 。
关于相对论的最大误解 ， 时空不是相对的 ， 时空是绝对的！根据绝对光速 ， 我们可以很自然地得到另一个绝对——绝对时空！大家可能在科普书或科普文章里都看到过爱因斯坦推翻了牛顿的绝对时空观 ， 建立相对时空观这样的说法 ， 其实这样的说法是不对的 。 爱因斯坦推翻的是绝对时间和绝对空间 ， 把它俩换成相对的 ， 也就是高速运动的相对论效应下时间会膨胀（时间膨胀效应）和空间会收缩（尺缩效应） ， 但与此同时 ， 由于光速c（空间与时间的比值 ， ≈300000km/s）的绝对性 ， 得到了时空是绝对的！
这样 ， 一个绝对的参考系就出现了——绝对时空！但要拿绝对时空做参考系其实并不容易 ， 因为我们不能直接测量【时空】 ， 而只能分别测量【时】【空】 ， 这又回到了原来的问题 ， 以谁做参考系？
推荐阅读
- 简述相对论发展史：从伽利略到引力波
- 除了黑洞还有白洞？爱因斯坦：白洞是黑洞的反演，能穿梭时间
- 50亿光年外，天文学家发现星系一分为二，爱因斯坦又对了？
- 平行宇宙理论是否支持回到过去？——霍金时间派对番外篇 原创
- 4维空间存在？德国数学家已证明，进入4维空间后人会变成什么？
- 我国将造新一代“观天神器”爱因斯坦探针，超强视力可让黑洞现形
- 爱因斯坦称人类只要掌握这种力，即可任意进入更高维度并改天换地？
- 全球化国际教育系列——爱因斯坦
- 如果用上所有的核弹，人类真的可以毁灭地球吗？
- 宇宙的胎儿期，从大爆炸到决定世间万物，仅仅只用三分钟