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關於相對論時間變慢的問題?
依照相對論時間膨脹的關係,在高速運行中的物體時間會變慢,這一點不太能理解?
假設真有一個近光速運行的太空船,太空船上的時間會變的比地面慢可以理解,但是以太空船上而言,所謂地面靜止的人不也是相同的速度在移動嗎?
在一個沒有絕對座標的情況下,到底誰靜誰動尚是未知數,怎麼能說太空船是高速移動所以時間變慢呢? 為什麼不說是地面的時間變慢呢?
即使講到時間變慢的一方是以受到重力產生加速度的一方,那麼還是回到剛才的問題,以太空船來看地球也不是受到重力而加速遠離嗎?
感謝 Peter大詳盡的回覆:
還是感覺很深奧,就算在地球上切線速度運動與在空船加減速運動兩邊不也是相對相同嗎?
聽說有做過這樣的實驗用噴射機繞地球幾圈後發現飛機上的電子鐘確實比地球慢了些微,實驗都證實了,那更想了解道理何在呀!
您是最近在研究 C/2012 S1 的 Petre 大嗎?
1 個解答
- ?Lv 68 年前最佳解答
沒錯,如你所言,都是正確無誤。
"在一個沒有絕對座標的情況下,到底誰靜誰動尚是未知數,怎麼能說太空船是高速移動所以時間變慢呢? 為什麼不說是地面的時間變慢呢?"
這現象在相對論中被稱為[雙生子的矛盾]。地面相對靜止不動的人和相對運動中的太空梭上的人,兩人互看對方的時鐘,都會覺得比自己身旁的時鐘走得慢些。
這就是相對論(不是絕對論)。相對論的物理量之間呈現相對的值,而不是絕對的值。往前跑的人看周遭的物體在往後退,這就是相對論。等速運動中的人不覺得自己在動,反而認為其他物體在移動。
在相對論中,我們無法確定誰在動或誰不動,因此所有測得的物理量都是相對的。這些物理量對不同狀態或座標系上的觀察者會有不同的觀測值。這些物理量間的換算,若是兩觀察者間的運動速度遠小於光速時,則和牛頓古典物理的座標轉換(伽利略轉換)的結果一致。但兩者間相對運動的速度接近光速時(v > c/10),愛因斯坦發現古典物理所得的結果不正確。因此才有特殊相對論的起源。
雙生子矛盾的現象,存在於愛氏的特殊相對論中。不過這樣的矛盾現象並不困擾物理學家們。其原因是這兩個雙胞胎分離後將永遠不再見面。由於不再相會,到底誰年輕誰年老便無從比較了。
若兩人要再相逢,太空梭上的兄弟必須在中途減速停機,然後調頭再加速,整個過程已違反了特殊相對論的等速運動先設假定。因此特殊相對論便無法再適用這樣的問題了。
若兩者經過中途的掉頭折回然後兩人在地球上重逢時,中途上太空梭減速、調頭、和加速所需的時間非常短(和全程等速運動狀態下的時間相比)可忽略的前題下,經過詳細的計算後,我們可以確認旅行中的那個雙胞胎兄弟會比一直在地面的人年輕些,原因是太空梭等速運動時的速動接近光速,遠比地球公轉自轉的切線速度快上許多。快速運動中的鐘走得較慢這樣的結論還是正確的。
2013-09-18 08:48:03 補充:
當然,若兩雙胞胎永遠維持固定的等速相對運動的關係,在相對論下,兩者的條件是完全對等的。也就是互相看對方的時鐘走得都比自己身旁的時鐘慢。這種現象是在愛因斯坦兩個假設底下所得到的結果。所有實驗觀測也都吻合相對論的預測。
根據,真空光速在所有慣性座標中都相同等於c其中之一的假設。我們可以假想地球與太空梭上的雙胞胎每年生日(兩人同一天)時,相互發出一道電磁波訊號祝賀生日愉快。根據太空梭旅行的所有過程,從出發、等速旅行、減速調頭再加速,返程等速,最後回到地球上兩人相會。我們根據兩對論的公式計算全程兩人收到對方的賀電數目來比較何者年輕或何者年紀較大。
2013-09-18 08:48:16 補充:
詳細計算的結果,最後顯示確實太空梭旅行中的那位雙胞胎兄弟(或姊妹),年紀較輕。也就是在全程旅行中,太空梭上的人收到地球發出的訊號數目比他向地球發送的訊號數目多。
至於為何我們的宇宙會呈現這樣的結果,渺小的人類很難去了解造物主的本意,物理也只是告訴我們自然界的運作方式罷了。
2013-09-18 08:57:58 補充:
應該不是那位Peter大大