众所周知,相对论是爱因斯坦于一百多年前提出的理论,至今仍然令人震撼。
相对论中有一个引人瞩目的效应,即速度越快时间越慢。想象一下,如果有一艘火箭以接近光速的速度飞行,那么在这艘火箭上的时间就会变慢。对我们而言过去了十年,可能在火箭上只过了六年。这时,大家可能会有一个疑问:到底谁的时间变慢了?是火箭上的宇航员还是地面上观察的人呢?
接下来,我会试着为您解开这个谜团。答案确实是火箭上的时间变慢了。
但在此之前,我们需要了解一些基础知识。
真的存在物体运动时间会变慢的现象吗?有人可能会质疑,我们真的能制造出那么快的火箭吗?就算能,真的能让它在太空中飞行十年吗?
虽然目前我们还无法造出这样的火箭,但我们可以借助实验验证相对论的理论。一个名为μ子的粒子就是一个很好的例子。这些粒子在静止状态下会迅速衰变,但当我们把它们加速到接近光速时,它们的时间会变慢,衰变速度也会变慢。实验结果表明相对论的正确性。
除了时间膨胀效应,相对论还预测了运动的物体长度会收缩。当物体以高速运动时,其长度相对于静止的观测者会收缩。我们也要理解“同时是相对的”这一概念。
为了更深入地探讨这个问题,我们可以设想一个场景:有三胞胎ABC,A留在地球,B留在离地球20光年的星球上,而C乘坐速度为0.8倍光速的飞船前往那个星球再返回地球。我们定义三个事件:C和A在地球的告别、C到达星球与B见面以及C返回地球与A重逢。
如果我们以A为参考系,可以看到C的时间确实变慢了。但如果我们以C为参考系,那么我们看到的是A和B的时间变短了。但无论如何计算,结论都是一致的:飞船上的时间变慢了。这是因为飞船的高速运动导致其时间膨胀效应更加明显。掉头的过程只是坐标系发生了变化,但时间的膨胀效应是不变的。因此无论站在哪个角度看待这个问题,都是飞船上的时间变慢了。这就是相对论的奇妙之处。现实生活中,高速飞行的卫星确实需要定期调整以符合相对论原理所带来的影响。仔细思考也会发现其中许多乐趣。