時光為何倒流?形象解釋愛因斯坦火車實驗
愛因斯坦,上世紀最傑出的科學家,他的代表理論作品《狹義相對論》和《廣義相對論》不斷地被證實,可見其先進性。不過現在很多人的時空觀依舊逃離不了牛頓的絕對時空觀,他們認為時間和空間是沒有任何關係的。
不過根據愛因斯坦時空觀,時間和空間是相對的。時間會因物質的運動發生改變,空間因物質的質量而導致彎曲。
我們可以通過下面兩個實驗,來體驗一下時間和物質的運動關係。首先是倫敦大本鐘思想實驗,想像一下,大本鐘現在是6:30,當然這是建立在我們都是相對靜止的條件下。
但是如果我們坐在開得很快的汽車上,我們回頭看大本鐘,隨著車速的變快,我們就會看到指針越來越慢。當汽車速度無限接近光速時,指針就會停止了。
因為傳遞給我們信息的光漸漸難以跟上我們的運動速度。它傳遞信息給我們需要跨過我們和鐘的距離,需要追上已在汽車接近光速的我們。當我們和光速一樣時,我們就會與那刻的光線肩並肩運動,我們眼中的時間也將永遠停留在那一刻。
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下面,進行第二個實驗——愛因斯坦火車實驗。現在有一列火車,它向西運動,它上面有個以光速上下運動的小球。那麼車上的人,看到的就是小球以光速做上下運動。
可是在地面上相對於火車來說,處於靜止狀態的人們,看到的卻是——小球在上下運動的同時,還跟隨火車向西運動。也就是疊加的運動。
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為什麼會這樣呢?因為小球一個周期里的運動路程是個折線,火車的人們看到的小球只是上下運動,它的路程小於地面人們的折線運動。根據狹義相對論的光速不變原理,小球震動一個周期的時間等於小球一個周期運動路程除以光速。
因此火車的人們觀測小球完成一個周期所需時間小於地面人們測量的時間。也就是說,地面的人和車內的人彼此的時間流逝並不相同。
由此可知,物體運動速度越快,時間就會變慢。而根據相對論,光速是物體速度極限,也就是物體無法超越光速。因此,時光倒流在相對論的「光速極限理論」中是難以實現的。
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