令人吃驚的事實:你認為同時發生的事情未必同時發生?

前面幾期我談到了狹義相對論,其中最核心的關鍵就是時間具有相對性,不少網友還是不理解為什麼“時間”這個物理量也是相對的。其實你要理解時間相對性,首先要理解“速度”是相對的。比如一列火車靜止於地面,火車的速度以地面為參考系就是0,但是如果以一列運動的另一列火車為參考系來看這列火車其速度未必是0,所以速度這個物理量會因為參考系的變化而變化。

令人吃驚的事實:你認為同時發生的事情未必同時發生?

所以你只要理解了“速度”的這種變來變去的特性,那麼只需把這個理解的表達換成時間即可,所以面對同一個物理過程,選擇A做參考系發現時間是2秒,選擇B做參考系發現時間是10分鐘,這是很正常的物理現象,時間也和速度一樣,具有這種變來變去的特性。更重要的是,每個人從不同參考系得出的時間雖然不一樣,但是大家都是正確的,沒有一個標準時間。這也說明牛頓的“絕對時空觀”是錯誤的,因為絕對時空觀是有所謂“標準時間”和標準參考系的。大家從今天開始一定要拋棄牛頓的“絕對時空觀”,建立起狹義相對論的“相對”時空觀。

令人吃驚的事實:你認為同時發生的事情未必同時發生?

好了以上都是往期多次談到的,如果你還是不理解時間相對性那我也沒辦法了,我接著談“同時”的含義。什麼叫“同時”?如果每個人身上都有一塊時鐘,大家聚集在一起約定某個時刻開始為t=0,然後大家馬上分開幹各自的事情,以後大家時鐘顯示數值一致的時刻,把這一個時刻拍照下來合併在一起,就組成了同時對不對?

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但是誠如我前面介紹狹義相對論所說,時間由於具有相對性,意味著每個人都有一個自己的時間流逝速度,因為每個人的運動速度是不一樣的,根據愛因斯坦的“速度膨脹公式”可以計算出,自己的1分鐘等於別人的多少時間,反過來算也可以。所以最開始大家雖然約定某一個時刻為t=0,但是往後的演化卻是各自有各自的時間,那麼這樣一來,A這個人t=10這個時刻,也許就和B這個人t=5這個時刻合併起來叫“同時”,也就是說站在A的角度以A為參考系,B的時間明顯變慢了,如下圖所示。也就是說此時A為視角看B,其實是看到了B的“過去”。

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那麼剩下一個問題,時間的流逝速度到底如何量化計算呢。這裡就要考慮到參考系的特性,首先如果A和B都處於慣性系,也就是不受力的參考系,那麼A看B時間變慢,B也看A時間變慢,這個在之前的文章已經講解過很多次,這裡不再重複,如果你覺得這兩句話矛盾了,說明你還是沒理解到“時間相對性”的含義,建議你再看看往期文章。如果屬於這種情況,那麼可以直接用愛因斯坦的“時間膨脹公式”來進行換算,到底A的10秒等於B的多少秒,如下圖所示,如果以A為視角來分析,那麼△t就是A的時間,△t'就是B的時間,v是B的運動速度,c是光速,因為是以A為視角所以可以認為A是靜止,B在運動。

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但是如果A和B一個處於慣性系,一個處於非慣性系,那麼情況就不同了,因為狹義相對論建立的前提是“慣性系”,所以此時必須用洛倫茲變換來計算造成的相對論效應,如果還是以A為視角,洛倫茲變換如下圖所示,其中我們只看第四個公式“時間變換公式”。

令人吃驚的事實:你認為同時發生的事情未必同時發生?

可以看出此時如果還是以A為視角,把B當做是靜止,A是加速靠近B,那麼t'就是B的時間,t就是A的時間,v是A朝向B運動的速度,c是光速。可以看出其中如果v接近光速,那麼右邊式子分母會變得無窮小,算出來的t'就會變得無窮大,也就是A那邊只過了一點點時間,B那邊已經過了無窮大的時間。最終的效果就是如下圖所示。也就是以A為視角看B,看到了B的將來。

令人吃驚的事實:你認為同時發生的事情未必同時發生?

通過以上分析可以看出,“同時”這個概念已經不是絕對的了,你認為是同時發生的兩個事件,換了一個參考系也許就不是同時發生,而且你過了一點點時間,別人那邊也許已經過了無窮大的時間,相當於你的“現在”和別人的“將來”同時,當然你的“現在”也可能和別人的“過去”同時,所以“過去”、“現在”和“未來”也許已經存在,過去並未消失,未來也註定存在哪裡。這也是為什麼愛因斯坦說“時間也許只是人類的錯誤”,人類對時間的理解還僅僅是皮毛而已,或許未來的某一天,人類才能真正瞭解時間。我是《小彭來給您解惑》大家如果喜歡我的文章可以關注我,如果對文章有異議可留言評論。


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