時空扭曲越大時間越慢為什麼
『壹』 為什麼在巨大的物體旁時間會變慢
這是由於時空的扭曲。
首先,不是巨大的物體,而是質量特別大的物體,巨大物體如果其密度足夠小,那是無法產生時空扭曲的。
根據廣義相對論,萬有引力場能夠使得時空產生扭曲,(可以由狹義相對論進行推導,最直觀的實驗是日蝕的時候一顆恆星的位置變動了三個角秒(事實上幾百萬年才能稍有變動),這與廣義相對論預測的一摸一樣,有力證明了廣義相對論)
根據愛因斯坦的第二種相對性理論(1916年),引力是由空間——時間幾何(也就是,不僅考慮空間中的點之間,而是考慮在空間和時間中的點之間距離的幾何)的畸變引起的,因而引力場影響時間和距離的測量。
而狹義相對論和牛頓三定律則是其特殊情況。
時間變得慢了其實是我們看到的變慢,並不是真實時間變慢,(這可以參考狹義相對論中的洛倫茲收縮)。對於我們看到的所謂變慢的時間中的物體,他們並沒有覺得自己變慢了。
牛頓三定律,伽利略變換,狹義相對論,洛倫茲收縮,閔可夫斯基空間,廣義相對論,最終才能完全理解所謂「時間變慢」這一現象。
『貳』 相對論中的引力場,是怎樣導致「時間變慢」的
我們詳細講解了狹義相對論中時間變慢效應,當你看一個高速運動的物體,你會發現它的時間變慢了,而這個變慢效應本身也是相對的,意味著你如果本人在這個物體上,看這個高速運動的物體時間不會有任何變換,因為你參考系換了,物體相對於你速度是0,等效於你在地面上看一個相對於地面靜止的物體一樣,你不會感覺時間會變慢。
『叄』 為什麼引力越大的地方時間越慢而不是越快
用具體公式解釋這一問題如果有想從具體物理公式或者深入了解的朋友,可以接著看看。
引力紅移公式為:這一方程。
到這里仔細看的人會有一個疑問那就是,速度會讓時間變慢,引力也會讓時間變慢這兩者有什麼不同?其實我們只要稍微放開思想就好了,確實都會讓時間變慢只不過是方式不同罷了。如果非要問有什麼聯系:V^2=GM/R!
『肆』 當物體靠近黑洞時,它的時間就會過得極慢甚至停止,這是為什麼
這是一個相對令人頭疼的問題。我們需要了解愛因斯坦相對論中非常抽象的時間概念,在相對論體系中,我們的時間和空間之所以被稱為「時間和空間」,是因為時間和空間是由時間和空間組成的,它們是一個不可分割的,任何脫離時空體系的對時間的描述都是單方面的。簡而言之,時間對於時空來說是可變參數,由於對象的重力和對象的移動速度而可以更改。
如上所述,從固定參考系的觀察者的角度來看,物體的重力拉力越大,其經過的時間越短。根據「引力時間擴展效應」,當我們在靜止參照系中觀察靠近引力天體的物體時,例如黑洞,當物體靠近黑洞時,時間會變慢慢一點由於黑洞的重力幾乎是無限的,因此該物體的時間將無限接近零。因此,從我們的角度來看,這個物體似乎永遠不會進入黑洞。
『伍』 為什麼引力越大時間越慢,時間不應該是客觀而不是主觀的嗎
引力大時間走得越慢 ,按照廣義相對論來解釋的話比較形象,因為引力是時空的幾何。引力大小本質上就是說時空的扭曲度(曲率、密度)的大小。時空的曲率和密度如何影響時間的流逝,我們後面詳細來說。
至於時間是否應該是客觀的或者主觀的 ,我必須說,不要犯二元對立主義的認識錯誤。不要認為主觀的東西和客觀的東西只能非黑即白,因為人的一切認識都是主觀和客觀的混合物。
引力的本質是時空的幾何,廣義相對論的這種理解形象地解釋了引力的一些性質(但請注意理論只是一種認識方式,永遠不能替代真相),這簡化了理解的難度,讓引力這種抽象的東西變得形象。簡而言之,引力是時空「形變」的結果。這種形變從某種意義上講可以類比我們日常可見的一些物體形變的現象,但不能完全等同,因為時空是四維的,而我們看到的物體是三維的。
四維的時空是個什麼情況呢,個人總結了一下關於此問題的認知供大家參考:
相對性 很可能是運動的基本屬性,沒有相對,也就沒有運動,這是定義運動繞不過的特徵。而時間是由運動來表徵的,到現在為止所有的物理現象都無法割裂運動與時間的關系。因此時間似乎與運動的本質是一體的,也就是說時間的相對性與運動相對性實際上是一個東西,甚至 時間跟運動都源自同一個物理事實。 於是,我們的時空當中的現象就是在彼此參照的情況下相互作用的。
上圖:「難懂的」時空間隔不變性提出,運動實際上是時空的跨度(雖然教科書上說運動是空間距離與時間之比)。如果宇宙真的是四維時空,那麼一切物體運動初末狀態相同時,無論是採取何種運動方式,經歷的時空間隔應該是相同的。一對雙胞胎同時出發不管他們怎麼運動,最後回到原地,他們的「時空間隔」是相同的,但是可能一個雙胞胎走的空間距離多一些,相對另一個走的時間距離就會必然多一些,所以一個老得快一些,因為它運動的空間距離少。
還可以換一個角度來看光與運動的關系。如果我們把光認為是靜止的,即光實際上是固定在時空的網格上的,那麼我們可發現實際上發現我們和一切物質是在以接近光速的速度在時空中朝著時空的中心「塌縮」的:宇宙並沒有膨脹,而是宇宙中的物質在無止境地塌縮——這種情況和黑洞內部的情況有多麼相似!我們會覺得整個宇宙都被強大的引力吸引著向一個「奇點」塌縮。
上圖:宇宙就像是一張皺巴巴的布料。我們地球所在的區域太小,看起來就像是很平坦的,但放到全宇宙的大尺度上,宇宙非常地扭曲。扭曲得厲害的地方就是物質聚集得多的地方。
所以實際上,引力與時空的運動模式密切相關,下面舉幾個象徵性的例子:
時間是客觀還是主觀?前面已經說了,這並非是一個非黑即白的問題,而且這種「說不清楚」也並不局限於人類主觀心理認知和宇宙物理客觀存在這兩個領域之一,無論從物理還是心理,都無法簡單用客觀還是主觀來給時間定性。二元論是人類給自己加上的一種思維陷阱。難道就不能存在某種 既主觀又客觀 的東西嗎?難怪很多人都很難理解「波粒二象性」或者量子的不確定性。
在閔可夫斯基時空中,時間也是 「主觀」 的,或更確切地說,每個物質粒子/參考系的時間都不同。時間總是以觀察者的坐標來度量的。在閔可夫斯基之前,人們以為每個人的時間都是相同的,但是現在我們知道,觀察者的最輕微的運動都會破壞其他觀察者的同步性。每個公共 汽車 司機的時間都過得比監獄裡面的囚犯慢,因為司機不時在移動,即使這兩者之間的差異是不可察覺的。這種時間差異是實實在在存在的,會直接導致雙胞胎在不同的時空當中旅行之後年紀不同。運動的 歷史 是時間不同的根本原因。除非兩個物體之間沒有相對運動,也就是說相對靜止,那麼任意兩個物體之間的時間都不可能絕對同步。 (相對)靜止等同於(相對)時間的靜止,這完全符合時間的原理和哲學。
時間是我們的神經系統通過各種感知推斷出來的一種認知。人類大腦對於時間的認知會隨著神經系統的狀態以及心理狀態而改變,諸如年紀、情緒等等,諸如:
總結
這個問題可以分成兩個問題來回答。一個是為什麼引力越大時間越慢?另外一個是時間到底是客觀還是主觀的?
先說時間到底是客觀的還是主觀的?嚴格來說,人類所有的客觀認知都是主觀的。這個世界上沒有絕對的客觀。一切認知無非是立場不同。
你或許認為身邊的桌子總該是實實在在的吧,但桌子的概念也因人而異。如果繼續問這個桌子是由什麼構成的,你可以層層推進得出它是原子構成的結論,甚至是一堆誇克與電子,但誇克與電子又是什麼構成?目前的科學就沒辦法回答了。
弦理論認為是一根根的弦,但這種無法被檢驗的描述。對大多數人來說,這更像一種主觀認知。也就是說任何事物只要追根溯源,我們對於它的主客觀的界定會變得越來越模糊。或者說,客觀認知可能只存在於宏觀世界,微觀世界我們無法經驗也就無法界定。
時間的概念很難界定主觀和客觀,其根本原因就在於「時間為何物?」是探究宇宙的一個根源問題,沒有人能給出一個簡潔有力的客觀定義。
從日常角度來理解,為何我們需要時間?我們知道,要定位一個物體的位置需要三個空間坐標,但在實際生活中,我們需要描述的不僅是物體的位置,而是要描述或者記錄許許多多的事件。為了描述一個整體的事件就必須要引入第4個坐標,也就是時間坐標。
沒有它,我們就無法完整敘事、計劃人生、安排工作……在愛因斯坦之前,我們一直認為時間這把尺是絕對剛性的、不變的,它與空間可以分割、獨立。
然而有運動變化,時間才有實際應用的意義,而運動又需要空間這個舞台,所以時間就不可能完全脫離和獨立於空間,時間與空間必然結合在一起,形成一個時空的客體。
單獨談時間沒有意義,時間與空間組合在一起才能描述這個宇宙。時間只是時空的一面,而時空也不能獨立於物質單獨存在,物質又無時無刻不在運動,運動需要時間來描述。它們之間就形成了一種難以溯源的依存關系。
如何判定,決定於你以何為源點,而我們沒有理由認為一個人的立場一定比別人更優越。
閔可夫斯基時空圖愛因斯坦的老師閔可夫斯基提出了一種時空圖概念來描述這個世界,每一個事件都可以做成一個時空光錐。
上圖為池塘表面上散開漣漪的時空圖,擴展的水波在空間與時間方向上運動畫出一個圓錐。
以任何一個事件P點出發的光畫出的光錐。上方是未來光錐,光錐內是以事件P點為原點可能引發的所有未來;下方是過去光錐,光錐內的所有事件集合就是P的過去。
因為相對論限定了任何物質的速度無法超過光速,所以最大光錐面代表了光的運行軌跡。可以說一切命運盡在光錐之內。 物理學研究的也不過光錐內的世界,而光錐外則是人類的不可知及不可測。
不過這些概念與時間概念一樣,只是我們用來認知世界的一種思想工具而已。
所以客觀的來說,時間是不存在的,但時間概念是存在的,而愛因斯坦把時間概念與空間概念合並成為了時空概念。
再說引力越大時間越慢,是怎麼回事?愛因斯坦革命性的思想,表明引力不像其他的力,它只不過是時空並不平坦這一事實的結果。
時空扭曲的原因正是時空中的質能分布,天體並非是由於引力導致它們在彎曲的軌道上運動,它們實則一直在以直線運動,只是時空被彎曲而已,而為了區別我們日常認知中的直線,我們將這種在扭曲時空中的直線軌跡稱為測地線。
也就是說,在廣義相對論中,天體總是沿著四維時空的直線運動,但在三維空間中,我們看見它們是在轉圈。這就像飛機的飛行航線一樣,飛機在三維空間中沿直線飛行,但在地面上投影的航線卻是彎曲的。
時空的形變導致了時間流速的變化。如果非要把時間拎出來說,在像地球這樣的大質量物體附近,時間之所以流速更慢,是因為光的能量和它的頻率有一種關系:能量越大,頻率越高。
當光從地球引力場經過,它會失去一部分能量,而使得頻率下降,這表明兩個相鄰波峰之間的時間間隔變大了。在高空的人會看見,地面上發生的每一件事似乎都變得遲緩了一點。
1962年,人們就曾在一個水塔頂端和底部分別放了兩個非常准確的鍾來驗證這個預言,發現底部的鍾確實走得更慢。而且現在以衛星信號為基礎的GPS導航系統也證明了這一點,如果我們無視廣義相對論,那我們的定位系統將差之毫釐謬以千里。
說到時間,有時大家還喜歡談論其起源與終結,這涉及宇宙的誕生與末日。事實上,沒有空間與時間概念就不能談論宇宙的事件,在宇宙之外講時間與空間也沒有任何意義。
現在的時間與空間被認為是每個目標物體的動力量,萬物根據它的位置與運動狀態而具有自己唯一的時間流速。
當你說,引力越大時間越慢時,首先要弄清楚,一,時間是怎麼測量出來的?二,時間的變化又是怎麼測量出來的?
時間測量,還不簡單,不就是用時鍾來測量嗎?我再補充一句,物理學上的標准時鍾,被物理學家們規定為一個特定的銫原子的周期性振動(輻射),這個銫原子在給定的次數內的振動所持續的時間,就是1秒。
現在討論第二個問題,請問,時間變慢是指這個標准時鍾的走時變慢了嗎?如果這個標准時鍾的走時變慢了,請問,怎麼測量?你有一個比這個標准時鍾更精確的時鍾?誰承認你這個時鍾更標准?假設你說服了大家,所有人都承認你手上這個時鍾是世界上最標準的時鍾,只有你這個時鍾測量出的時間才是世界上最標準的時間,那麼請問,原來的那個時鍾,那個原來作為標准,現在大家又不承認是標準的銫原子鍾,所測量出的時間,還能是標準的時間嗎?它的變慢,還能被說成是時間變慢了嗎?對於這個現在大家新公認的標准時鍾,它會變慢嗎?如果會,又是以誰為標准測量出來的?如果會,它還能是標准時鍾嗎?它的變慢還能是時間變慢嗎?
你說,引力場中的時間變慢,是相對於無引力場中的時間而言的。這實際上是說,你用一個無引力場中的標准時鍾,作為你測量的標准,去測量位於引力場中的另一個標准時鍾,發現引力場中的那個標准時鍾變慢了。不討論你具體是怎麼進行測量的,假設你確實有辦法不用把A鍾拿到引力場中,就能測量出引力場中的B鍾變慢了,也就是說,A鍾也能用於引力場中的時間測量,你為什麼不把A鍾也作為引力場中的標准時鍾,不把A鍾的走時,作為引力場中的標准時間呢?這樣,引力場的區域和非引力場的區域,就有了一個統一的標准時間,這不更方便嗎?
你可能會這樣說,盡管引力場和非引力場可以有一個統一的標准時間,但引力場中的所有的物質運動變化過程都變慢了,我們把它說成是引力場中的時間變慢了,有何不可?且慢,我們現在能夠肯定的只是,也就是我們現在實際測量到的只是,引力場中的那個時鍾B,它的走時過程,它的運動過程變慢了,至於其它的物質運動變化過程,是不是也變慢了,也與時鍾B同步的變慢了,還不能肯定,這需要對所有其它的物質運動變化過程進行實際測量才能確定。
即使引力場中的所有物質運動變化過程,與時鍾B同步的變慢了,那也只是物質運動變化過程的變慢,不是標准時間的變慢,而且,引力場中的物質運動變化過程的變慢,是以一個恆定不變的標准時鍾,在引力場中也恆定不變的標准時鍾,即A鍾,為測量的標准,所測量出來的。如果把引力場中的物質運動變化過程的變慢說成是時間變慢,那就等於混淆了物質運動變化過程的測量結果,和測量時所依據的標准,就會產生嚴重的邏輯混亂,例如,時間就可以彎曲,你就可以回到從前,殺死從前的你。
引力場使物質運動變化過程變慢,如同引力場使運動的物體加速或減速一樣,是引力場對物質運動變化過程的影響,不是時間變慢,而且,引力場中的物質運動變化過程的變慢,正是以一個恆定不變的標准時鍾,在引力場中也恆定不變的標准時鍾,為測量的標准,所測量出來的。