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時鐘雖然不會變慢,但時間真的會變慢,鐘慢效應與狹義相對論

時間是宇宙間一種獨特的存在,在若干年以前,隨著奇點的爆炸,時間、空間以及一切物質迸發而出。

物質就不用說了,看得見、摸得著,宇宙天體、塵埃、一草一木都是物質。

空間,我們也可以切實感受得到,我們的宇宙本身就是一個空間,容納著宇宙中的一切物質。而時間與它們不同,看不見摸不著,所以很多人甚至認為時間是不存在的,認為時間只是一種人為的計量概念,是用來記錄物體運動和變化的。在宏觀世界中,時間的確是用來計量物質變化的,但這種計量方式並不是人為所發明的,時間真實存在,且與空間密不可分。

時間真實存在,且與空間密不可分,所以二者並稱為時空。

時間與空間皆不能捨棄對方而獨立存在,如果你深讀相對論,就會對此有所認識。

時間不僅是真實存在的,而且時間還會因運動而變慢。這裡所說的時間變慢可能與你對時間的理解並不相同。很多人認為時鐘則代表時間,時間變慢就是說時鐘會變慢,其實二者並不相同。物理學上所講的時間,指的是時間的流逝速度,而時鐘只不過是記錄在一定的時間流逝速度之下總共累積了多少時間。當然,如果時間的流逝速度變慢,那麼最終在時鐘上所累積的時間量必然會相應減少。

那麼,時間的流逝速度由什麼決定呢?是由運動的速度所決定的。

在考慮時間流逝速度與運動速度之間的關係時,我們首先必須先要創造一種理想的環境。

也就是一種勻速運動的環境,這種環境被稱為慣性系。要證實在慣性系中,時間流逝速度會因為運動速度的增加而變慢並不是一件困難的事情。你只需要讓一隻時鐘做勻速運動就可以了,而你本身則作為一個觀察者保持靜止。當時鐘從遠處來到你的身邊時,你就會發現時間真的變慢了。如果你進行了這個實驗,並發現時間的快慢沒有發生變化,那是因為你沒有滿足實驗所需要的條件。

我們平時所使用的時鐘只是一種用於記錄時間的刻度工具,並不代表真實的時間,要測量時間的快慢,你需要一隻真正的時鐘,一隻能夠反應出完全確定的時間的時鐘。

這種時鐘就是放射性衰變時鐘,因為放射性物質的半衰期是一個確定的時間標尺。此外,你還要讓反射性時鐘保持相當的運動速度,因為如果速度太慢,則時間變慢的程度會過於微小,無法察覺。要多快呢?大概要達到十分之一光速左右吧,也就是每秒3萬公里左右。我們自己無法進行這種條件苛刻的實驗,但這種實驗早已獲得了完全的證實。

科學家們通常利用半衰期為2.2微秒的μ子進行實踐,這種輕子在宇宙中的運動速度可以達到光速的0.98。

當這種輕子移動了相當的距離之後,你會發現,到達目的地的輕子數量比應該到達的數量要少得多。

這是因為高速運動使得這種輕子的時間流逝速度變慢,所以大量輕子並沒有完成衰變,這就是著名的鐘慢效應。鐘慢效應以現實證據證明了狹義相對論中所講述的,在勻速運動狀態下,物體的運動速度越快,則時間越慢。當然這是對不同的參考系而言的,如果我們能夠和μ子同速運動,我們又會發現時間的流逝速度並沒有變化。

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