什么理论可以解释尺缩钟慢效应(尺缩钟慢效应会导致光速运行中的时间停滞是什么道理)

什么理论可以解释尺缩钟慢效应(尺缩钟慢效应会导致光速运行中的时间停滞是什么道理)(1)

狭义相对论认为,时空也具有多普勒效应,钟慢尺缩就是这种效应的一个表现。

当一个物体运动速度接近光速时,物体周围的时间就会迅速变慢,空间会迅速缩小。当达到光速时,时间就会停止,空间会缩小为零。这种效应在低速状态下表现得很微小,无法觉察和检测,接近光速时才会明显出现。

因此,在光速飞船上的人,并不会感觉到时间减慢,只不过是没有花时间而已,因为空间已经变成了0,自己没走,怎么会感觉到了时间流逝呢?而在外面观察的人,与飞船里的人不在一个惯性参考系,才能感觉到他们的时间流逝得特别慢。等这艘飞船到100光年距离的地方转了一圈,地球上已经过了200年,而飞船里的人感觉没花时间。

但这个世界光子能够达到光速,是因为光子不会停止,因此没有静止质量,只有动质量。光子的动量为p=h/λ=hv/c,其中v为频率,λ为波长,c为光速,h为普朗克常数。

普朗克常数为:h=6.62606896(33)×10^(-34) J·s

什么理论可以解释尺缩钟慢效应(尺缩钟慢效应会导致光速运行中的时间停滞是什么道理)(2)

相对论认为,在我们这个世界,光速是最快速度,没有更快。因此任何有静止质量的物体都无法达到光速。

因为随着无限接近光速的趋势,任何有质量的物体动能质量也成数量级增加,到达光速质量就会无穷大。无穷大是什么意思?就是我们宇宙所有物体全部加起来质量也不是无穷大,所以一个质子都不可能达到光速的。

虽然无法达到光速,但接近光速是有可能实现的,那么钟慢尺缩效应就能够明显的显现出来。

根据洛伦兹变换公式,在高速运行系达到80%光速时,时间的减慢效应会很明显,时间缩短倍数会达到1.66倍;达到90%时缩短倍数会达到2.29倍。而随着越来越接近光速,这个倍数会成数量级增加,如果达到光速的99.999999999999%时,时间减慢效应会达到707万倍(见上图)。

虽然在不同参考系中会发生钟慢尺缩效应,但飞船上的人本身并感觉不到时间有什么不同,如果带去的是地球一样的时钟,时间还是会一分一秒的前行,过了一年就老了一年,回到地球一比才能发现原来天上方一日,地上已千年。

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这就是速度的钟慢尺缩效应。虽然在低速系这种效应很不明显,但科学还是能够测量出来的,哪怕慢了1毫秒也能测出来。

因此在航天导航系统就必须按照相对论效应修正调整,如果不按照这个理论来修正调整,就无法精确定位。

相对论的精确性在GPS定位系统中无比正确的显现出来。在这个系统中既有广义相对论的影响,又有狭义相对论的影响。

广义相对论认为,GPS卫星在20000公里高空时钟会受到重力影响,那里只有地球重力的四分之一,时间会走的更快,计算出来的是时间会缩短约为一千亿分之五十三,这样卫星的时钟每年就会快千分之十七秒。

狭义相对论认为,速度越快,时间就会越慢。GPS卫星以每秒约4公里的速度运行,相对论效应虽不明显,但时间还是有会变慢的,这个慢的速率是一千亿分之八,也就是一年约慢千分之三秒。

科学家根据上述广义相对论和狭义相对论的时间影响,制作了一个修正程序,使卫星上的时钟比地球慢千亿分之四十五,这样才能精确定位。如果没有这个精确调校,每秒钟的地球定位长度误差就会达到480米,导航就不知道把我们导到哪儿去了。

这个经典的例子足以说明了时间膨胀效应的存在,而且证实了广义相对论和狭义相对论中的两个原理。

因此,虽然理论上说,在光速运行惯性系里,时间会停止,但人类永远也无法体验。

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