鐘慢效應

鐘慢效應

時間膨脹(time dilation)。狹義相對論預言,運動時鐘的“指針”行走的速率比時鐘靜止時的速率慢,這就是時鐘變慢或時間膨脹,又稱鐘慢效應,是相對論性效應之一。時間膨脹表明了時間的相對性。

鐘慢效應簡介

鐘慢效應,又稱時間膨脹、愛因斯坦延緩,是狹義相對論的一個重要結論。按照相對論的解釋,這是因為物體的運動使時間變慢了。其實並非如此。根據統一論力學模型,同樣可以得出一個時間變化的公式,與“鐘慢效應”公式完全相同,即t=t 。但它是表示一個存在體運動時在時間維上發生了(t -t)的“位移”,與存在體在空間維上的位移是對應的。不僅如此,統一論發現,存在體運動時還會在心理維上發生“位移”。在統一論中,“鐘慢效應”被表述為“時間位定理”。具體計算方式: 其中t0是原時,v是速度,c是光速。由公式可得,當v逐漸增大

鐘慢效應鐘慢效應
,t逐漸增大,時間逐漸膨脹。因此有人猜測,v=c時,時間會停止當這也是“如果你的速度過了光速,時間就會倒流”這一推論的由來。由於光速無法達到,時間永遠不可能倒流。引力場對原子的運行有阻尼作用,能量的消耗形式為引力波。在引力場中,原子能量的消耗速量與原子的運行速度成正比,與引力場強成反比。何物體在引力場中自主的運行,在速度大於萬有引力加速效的時侯,都要受到萬有引力場的阻尼作用。形式表現為減速,能量的交換辦法為引力波。任何在引力場中運行物質的速度、小於萬有引力加速效的時候,都要受到萬有引力的拖曳作用,形式表現形式為加速,能量表現形式為引力場拉伸。 由此也可以說明,鐘慢效應是萬有引力場的阻尼結果,與鐘的運行速度成正比,速度越快,鐘慢效應越明顯。

推論

根據狹義相對性原理,慣性系是完全等價的,因此,在同一個慣性系中,存在統一的時間,稱為同時性,而相對論證明,在不同的慣性系中,卻沒有統一的同時性,也就是兩個事件(時空點)在一個關性系內同時,在另一個慣性系內就可能不同時,這就是同時的相對性,在慣性系中,同一物理過程的時間進程是完全相同的,如果用同一物理過程來度量時間,就可在整個慣性系中得到統一的時間。在今後的廣義相對論中可以知道,非慣性系中,時空是不均勻的,也就是說,在同一非慣性系中,沒有統一的時間,因此不能建立統一的同時性。 相對論導出了不同慣性系之間時間進度的關係,發現運動的慣性系時間進度慢,這就是所謂的鐘慢效應。可以通俗的理解為,運動的鐘比靜止的鐘走得慢,而且,運動速度越快,鍾走的越慢,接近光速時,鍾就幾乎停止了。 尺子的長度就是在一慣性系中"同時"得到的兩個端點的坐標值的差。由於"同時"的相對性,不同慣性系中測量的長度也不同。相對論證明,在尺子長度方向上運動的尺子比靜止的尺子短,這就是所謂的尺縮效應,當速度接近光速時,尺子縮成一個點。

原子鐘尺縮鐘慢效應原因異解

原子鐘頻率變化的原因是:原子的振動頻率的變化是與原子鐘處於的磁壓環境不同而變化.具體原因是:地球上發射電磁輻射存在最低界線值,而在太空中發射電磁輻射最低界線值要遠遠低於地球上發射電磁輻射存在的最低界線值.約束磁壓的變化才造成了原子鐘頻率的變化.並非是尺縮鐘慢效應

黑洞的時間凍結與鐘慢效應

狹義相對論的時空效應是尺縮和鐘慢。鐘慢效應表現為在與觀測者做相對運動的坐標系中,時間要流逝的慢一些。著名的雙生子佯謬是說明鐘慢效應常舉的例子。年齡30歲的哥哥以99%的光速飛到距離20光年處再返回時,他的飛行時間花了6年,年齡是36歲,幾乎沒有多大的生理變化。但回來時本來同齡的弟弟已經變成70老翁,離哥哥出行已經整整40年了。“佯謬”之處,是可以辯解為哥哥沒有動,而弟弟以相反的方式飛離之後又回到哥哥身邊,那么應當是哥哥比弟弟老了34歲。回答這一辯解可以有兩條思路:一條是如果兄弟之間永遠以勻速相對運動,確實會彼此都覺得對方年輕,但這樣一來兄弟不可能重逢。現在是參與飛行的哥哥有一個折返加速的過程,而弟弟卻沒有,因此兩者是不等價的,不能交換位置進行類比。另一條思路是現實宇宙中不是只有兄弟二人。相對於恆星和寥廓宇宙中的諸多天體,哥哥在飛行並且有加速運動而弟弟卻沒有,他們的地位也不可能是等價的。狹義相對論用常識很難理解,但有一句名言說:真理不一定是常識。利用高精度原子鐘的現代實驗已經測量出在太空飛船里的鐘確實比地面實驗室里同樣的鐘走的慢一些。狹義相對論描述的是一個理想化的只存在慣性運動的沒有引力的宇宙。現實宇宙中處處都有引力,只能用廣義相對論才能完滿解釋。在廣義相對論中,引力也產生鐘慢效應。樓下的鐘會走得比樓上的鐘慢,因為樓下離地球中心更近,引力場要強一些。注意這裡所說的鐘慢不是指擺動周期因重力位不同而產生的變化,而是時空本性的變化。1971年水手號探測器所做的太空雷達實驗也證明了現實宇宙中的鐘慢效應。黑洞周圍引力場十分強大,鐘慢現象應當突出地表現出來。構想一艘飛船去執行探測遠方某個黑洞的任務。有高超的技術使飛船不斷有信號向地球報告他們的訊息;而且飛船足夠堅固,不致被黑洞的引力摧毀。由於受黑洞引力的影響,相對於地球鍾而言,飛船上的鐘越來越慢,以至於在接近視界的時候,太空人飛速前進,而在地球人看來,一切進展越來越慢。幾代地球人曠日持久地監測著飛船艱難地向黑洞進發的情景,而飛船上的太空人卻沒有感覺時間變慢,他們依然年輕,一切正常,即使跨越視界前也沒有發現特別的事情。當然一進入視界,馬上便災難臨頭,飛船一頭栽入奇點,一切都粉身碎骨,蕩然無存,時間和空間都到了盡頭。可是地球上的監測者卻永遠看不到這最後幾幕。這不僅因為視界內的事情永遠傳不出來,還因為飛船到達視界時鐘慢已經達到了極限,信號傳遞的過程需要無限長的時間,時間被“凍結”了,事態的發展永遠被定格在那裡,而且在這之前,由於強大引力場產生的引力紅移,使電磁波信號波長越來越長,能量越來越弱,畫面越來越模糊了。到達視界時,信號波長達到無窮大,完全喪失了傳播能力。在監測者的螢幕上,什麼也看不見了

關於“時間”和“鐘慢”效應的物理意義

看了相對論吧吧友們有關“時間”概念的討論,我覺得大家的確實很難取得共識;這裡有不少吧友把時間和運動掛上了鉤,認為沒有運動就沒有時間。這一點我覺得已經比較接近時間的真諦。至於有些吧友根本否定“時間”的存在,或把時間的變化絕對化,我覺得則是有違客觀現實的。下面我想就我的時空構想出發,談談我個人對“時間”的認識,供大家參考,希望大家不吝指教。在我的時空構想里,時間和時空狀態一樣,是對事物本身能量所處狀態的反映,也可以反過來說,物體所處的能量狀態,決定了該物體對時間的“認知”,當然,物體沒有“感覺”,它們不可能像人類那樣去“感知”時間進程的快慢,但物體本身的組成、它的基本結構卻可以以其它的形式表達它們對時間的精確“認知”。在我的時空構想中,在時空形成之前,無所謂時間也無所謂空間,這是一種徹底的“無”,一種沒有能量的狀態,在這種狀態下,既沒有能量使時空擴張,也沒有能量可以分辨時間的進程。時間的啟動源於能量的擾動,能量使時空擴張,而時空的擴張又使當下時空累積了更多能量;宇宙中這種能量累積的過程,也是時空勢能增長的過程。宇宙間的物質同樣也是由無到有,物體的“內能”是固有的質點(普朗克最小的空間單位)群所儲存的時空勢能。因此物體的“內能”(在其所處時空狀態下的靜止質量),也是隨著時空的發展而增大,處在各種不同時空狀態的物質具有各自相對應的內能;物質內部(電子層面和粒子的波面)的運動(轉動)的速度也會相應不同(包括銫原子的震動頻率)。因此也有相應的對時間行進速度的認知。物質的內能越大,對時間(對空間也同樣)的分辨能力也越強,即對同樣的時間間隔,感覺上的時間越長。上面提到,時空狀態(引力)決定物質內能(靜止質量),而當下時空層面的時空勢(引力勢)則決定了物質所處狀況的總能量:設當下時空層面的時空勢為W=1,物體在當下時空層面的質量為M,C為當下時空層面的光速,則有:物體的總能量 E=WMC^2。上面這個式子就是相對於固定物質量的時空勢能。而物質在它所處時空狀態Wn(由它相對於當下時空層面的速度或它的引力狀況所決定)的內能En則是由它的靜止質量、它的時空勢能和它所處的時空狀態下相應的光速所決定,有:En=Wn(Mn)Cn^2,其中的Mn=WnM,Cn=WnC, 所以物體的靜止質量所具有的有內能克表達為:En=Wn^3*M*C^2。上面的Wn可以有物體相對於當下時空層面的速度V求得;有:Wn=1-V^2/C^2。其中1為當下時空層面的時空勢。從上面的能量公式,可以看出,時空勢越低,物體的內能也越低,因此,處在較低時空勢的物體對時間的認知能力較低,它所處狀態的時間值(或空間值)較大。那么,引力場為什麼也是影響事物對時間的認知呢?在我的時空構想中,造成引力場變化的原因有兩種:第一,是由物體本身的質量和密度引起的引力場。第二,就是由物體相對於當下時空層面所具有的速度所引起的;這二種情況,在我的時空構架中都等同於在不同時空狀態下會具有不同的引力狀態。為便於大家了解,我還是分別即使這兩種情況:在現代物理學中所研究的大多是由物體的質量所造成的引力場;在狹義相對論里,愛因斯坦認為是物體的質量引起時空的扭曲,而是空扭曲又會產生向心作用力(引力),這實際上是種因果不分的、違反邏輯的思維方法。而我則認為,每個相對於當先時空層面“靜止”的質點都是一個“全”引力中心,它具有比任何運動質點更大的引力勢能,這個引力勢能的值與當下時空層面的引力勢能相當,所以相對於當下時空層面它並不表現出引力現象,但很多質點集合在一起之後,其中每一個質點都不可能接收到全方位的“引力線”,物體在單位體積內所聚集的“質點”越多,這些質點群所受到的“公用”引力線也就越多,換言之,它實際上所受到的整體的引力線就相應地減少,因此它與當下時空層面的引力勢的差異就增大,這種因歷史的差異就是我們通常意義上的“引力”。所以更多的質點(物質)聚集在一起就會表現出更大的引力。很明顯,物體的質量越大、密度越高,它們(各質點)從時空中獲得的引力勢能越少。在我的時空構想中,物體的內能實際上就是它們所累積起來的時空(即引力)勢能,很明顯,物體所損失的內能(靜質量),在數值上正好等於它所表象出來的引力能(引力質量)。因此,在我的時空構架中,引力質量與物體靜質量的能量之和永遠是一個常數,它等於物體全部轉化為光子所釋放出來的能量。根據上面的論述,引力場重物質的內能會隨著它所受到的引力的大小而變化,因此時間進程相對於處在不同引力環境中的物體會有不同的表現(時間值不同)就是順理成章的事了。

我們再來談談第二種情況:

愛因斯坦的狹義相對論公式:

M = M0 /[1-(V2/C2)]-2

t=t0/[1-(V2/C2)]1/2

L=L0[1-(V2/C2)]1/2

在上述公式中,物質(質量)、時間(值)、長度(空間)都與物體的速度有著密切的關係,這裡我主要談談物體的速度與時間進程之間的關係: “速度”在我的時空構想中代表了物體的時空狀態,相對於當下時空層面的“速度”越大,該物體所處的時空狀態就越接近原始時空狀態,所以就它所具有的內能(一原始時空狀態為基準)而言,就越小。包括構成物質的基本粒子的表面“波”的鏇轉速度都相應減小,粒子的“壽命”變長,即時間的進程相對於它變慢了,該物體的時間值增大。以上的分析,與狹義相對論推導所得到的結論完全一致。但有一點我們必須注意的是:我們必須分清被觀察的物體所具有的“速度”究竟是它相對於當下時間層面的速度,還是僅僅是由於與觀察者距離上的巨大差異而形成的“觀察”效應,假如,該物的相對於觀察者的“速度”僅僅是時空擴張所造成的話,由於觀察者所看到的該物體實際上是處在相對於觀察者過去很久遠的時空狀態,所以,它的真實的狀態會小於它現時(當先時間)的形態,並非是相對於觀察者的“速度”所引起,因為這真是它所處時空狀態的真實形象。雖然這種現象的表面上的效果與相對論的計算結果一致,它他的實際意義卻達不相同;因為要是觀察者本身相對於當下時空層面距有相當大的速度的話,它所觀察道德、相對於它具有很大的速度的物體,很可能相對於當下時空層面的相對速度極小,即這種時慢和尺縮效應會根本與狹義相對論的計算結果相悖。所以我再三強調,任何物體的運動“速度”都必須以當下時空層面為參考標準,不然就會造成像雙生子那樣的悖論。在雙生字佯謬中,飛離地球的那個兄弟的年齡之所以變輕,是因為地球相對於當下時空層面的速度較小(大約為400km/s),而飛船則以接近於光速飛行所至,在飛船上的兄弟,在他所處的時空狀態中,它的能量狀態(也可以說是相對於原始時空的“靜質量”)很低,他的生理機能和飛船上的所有事物的運動狀態都因為處在低能量狀態而減緩,這就相當於時間對他而言“變慢了”,這就是它會地球時會比他的孿生弟兄年輕的原因。我們絕不要誤認為兩者之間時間總的進程會有所不同,“當下時間層面”的進程是不會被外界的環境變化所改變,時間永遠有同一個“當下”,任何事物也必然有同一個“瞬間”。時間“進程”的,只是處在不同時空狀態下的事物由於其本身“能態”的差異,而對時間進程的“認知”有所不同。了解了這一點,對相對論中所有有關時間問題的迷惑就都可以解開了。

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