说到相对论,大家都懂。也许你不知道相对性原理,但你肯定听说过。
其实狭义相对论并不复杂。它基于两个假设。下面用通俗的方式跟大家了解一下时间膨胀的原理。
首先是光子钟,宇宙中最精确的计时器。
光子钟的原理非常简单。两面镜子之间的距离是15厘米。一个光子在镜子之间垂直上下移动,当它碰到镜子时会来回反弹。光速是每秒30万公里,所以光子飞一圈的时间是十亿分之一秒。
我们一起做个思想实验吧。
这样的光子钟有两个,一个放在飞船上,一个放在地面上。
飞船上光子钟里的光子从A点飞到B点,对地面观测者来说是一条对角线。很好理解,如果不是对角线,光子就会飞出光子钟。
利用光速不变的原理,我们可以得出如下结论:对于地面上的观测者来说,光子飞一圈的路线更长,光子飞一圈可能需要5亿分1秒以上。
结论是:飞船上的时间变慢了!
不仅仅是光子钟变慢了,飞船上的一切都会变慢。如果你在飞船上,地面上的人会看到你所有的动作都是慢动作!
那么到底慢了多少呢?可以简单的用数学公式推导出来。如下图所示:
利用直角三角形的勾股定理,可以得出以下结论:(ct & # 39)=(CT)+(vt & # 39;)
然后简单变换这个公式得到如下公式:t & # 39=(1/√1v/°c)t
这个公式就是时间展开公式。从公式中可以看出,当速度v很小时,t和t & # 39无限接近,因为光速很大,我们可以认为T和t & # 39平等。就像我们在日常生活中体验到的速度相对于光速是非常小的,我们不可能感受到时间膨胀效应。
但是当V很大,特别是非常接近光速的时候,T趋于无穷大。这是什么意思?
当飞船的速度无限接近光速时,时间会越来越慢,最终会停止。有人可能会问:如果你飞得比光还快呢?你能穿越回过去吗空?
不是这样的。速度v大约是光速,这是不允许的,因为负数没有平方根,或者平方根是虚数,虚数没有实际意义。
所以,不要觉得狭义相对论晦涩难懂,并不难。只要能理解狭义相对论的两个基本假设,狭义相对论原理和光速不变原理,就能更好的理解时间膨胀效应和尺度收缩效应!