光速与时间到底存在什么关系(时间为什么与速度有关系呢)

时间,一分一秒地在我们身边流过,悄无声息。那么,你想过没有,时间到底是什么?

早在古代,人们就开始思考这个问题了。比如说亚里士多德认为,时间的本质就是运动变化,是对物体运动变化快慢的度量。

光速与时间到底存在什么关系(时间为什么与速度有关系呢)(1)

但是,问题来了:到底什么是快,什么是慢呢?

我们用速度描述物体运动的快慢,但速度本身就是不确定的。当我们说到速度时,意味着必须有一个参照系,不然速度本身就失去了意义。

比如说,你和朋友坐在高速行驶的高铁上,我站在地面上观察你们,会发出感叹:你们的速度真快啊。但如果你问你朋友:我动了吗?你朋友会告诉你:你没动。

同样是你,为什么会出现不同的结果呢?这就是因为参照系的选择不同造成的。也说明速度是相对的。

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那么,既然说速度是相对的,而时间又是衡量物体运动快慢的度量,那么时间是不是相对的呢?

当然,在我们的固有概念里,时间并不是相对的,而是绝对的。毕竟如果我看到你吃饭花了十分钟时间,别人也会同样看到你吃饭花了十分钟,而不会是二十分钟。

古人也是这么认为的。比如说大名鼎鼎的牛顿,就认为时间是绝对的,是独立的维度,与三维空间,没有任何关系。

这种绝对时间观非常符合我们的日常生活认知,难怪会被广泛接受。

但是,牛顿的绝对时间观是建立的“光速没有上限”的基础上,如果光速没有上限(也就是无穷大),时间的确是绝对的,因为任何事件的发生都会瞬间让所有人感知到。但事实上,光速是有限的。

如果想要统一时间,就需要有一个绝对的不变量,任何物体相对于这个不变量都有一个绝对速度。

就好像在宇宙中心(假设存在)存在一个绝对静止的参照物,任何物体相对这个参照物都会有一个绝对速度,这样我们就能轻松地统一时间了。

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具有颠覆性思维的爱因斯坦就提出了这样的“绝对参照系”,它就是光速。爱因斯坦强调,光速是绝对的,在任何运动状态下,观察到的光的速度都是光速本身。

举个例子,即便是你乘坐一艘飞船,飞船以99%的光速飞行,静止的我打开手电筒,你想驾驶飞船追手电筒的光,你以为你和手电筒的光相对速度只有1%光速?手电筒的光只比飞船快了1%?实际上并不是,在你眼里,手电筒的光的速度仍旧是光速!

这就是著名的光速不变原理。

理解了光速不变原理,接下来看看“同时的相对性”:一个事件的发生,在不同的参照系里并不会同时发生。

下面举例说明。

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你在高速行驶的火车上,来到车厢的中间位置打开打火机,打火机的光会向车厢两端飞去。在你眼里,打火机的光会同时到达车厢的两端。这是因为车厢两端与你的距离是相同的,而光速又是不变的,不会随着火车的运动发生改变。

但对于地面上静止的我来讲,我会看到火车车厢后部主动向打火机发出的光移动,也就是说,车厢后部会追赶光,相反车厢前面会远离光。

这样的结果就是,在我眼里,打火机的光并不会同时到达车厢两端,光会先达到车厢后部。

同样一件事,在你眼里是同时发生的,但在我眼里就不是同时发生的,这就是“同时的相对性”。

同时的相对性,体现出来的其实就是“时间膨胀效应”(钟慢效应),在之前的文章里说了很多关于“时间膨胀效应”,这里就不再详细阐述了。

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为什么会出现时间膨胀效应,都是因为“倔强”的光速,都是光速不变造成的。这也说明了一点:光速其实就是宇宙时间的“标准尺度”,在复杂的运动形式,复杂的参照系下,我们可以用“光速不变原理”衡量彼此的时间变化关系。

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同时,光速不变原理也告诉我们,时间和空间是一体的,是不可分割的,光速同样也是空间的标尺。光速不变原理不仅仅意味着运动会使时间膨胀,也会使空间会变短(尺缩效应)。

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