愛因斯坦的時間膨脹的物理學理由是什么

2023-02-18 12:30:32 字數 5424 閱讀 1752

1樓:匿名使用者

首先是通過實驗驗證光速不變,因為愛因斯坦的相對論就是基於這點從理論上推匯出的。學過大學物理的人一般都能推匯出最基本的公式,其中就包括時間與速度的關係,速度越快,時間就過得越慢,從而實現時間膨脹。公式就是一樓給的,但其中v是絕不可能超過光速c的

2樓:匿名使用者

時間膨脹是由 《洛倫茲變換》而來的

洛倫茲變換公式 x'=γ(x-ut)

y'=y

z'=z

t'=γ[t-(ux/c^2)]

γ=1/[1-(u^2/c^2]^0.5

時間膨脹是 在同一地點x'出發生的兩個事件(這點很重要),對於s『系相對於s系以速度u沿x軸方向運動,利用洛倫茲變換,

t=t' * γ

3樓:伊體狀元宵

是狹義相對性原理與光速不變這兩條假設導致的必然結果。任何公式在不同的慣性系中等價,再結合光速不變即可得到洛侖茲變換,其中就有時間變換t'=t/[(1-v^2/c^2)^0.5]。

4樓:匿名使用者

(t'/t)^2=1-(v/c)^2

時間、相對時間與速度、光速的關係

5樓:匿名使用者

樓上的老兄,。你解釋的是數學的

引力使時間膨脹如何證明?

6樓:匿名使用者

時間膨脹

時間膨脹是相對論效應的一個特別引人注意的例證。

【發現過程】

我們通常會認為,光波的速度因與我們運動的方向相同或相反或取各種中間角度而有所不同。令人驚奇的是,愛因斯坦卻認為事實上不會是這樣。20世紀初,愛因斯坦就認識到,我們的時空觀並不完善。

他是通過分析電和磁相結合產生電磁輻射(例如光輻射)特性的規律得出這個結論的。他認為,如果光在一切測量中具有協調一致的特性的話,在物理學中光速必定扮演著主要角色。特別是,真空中的光速必須不變,無論光源和觀察者做什麼樣的相對運動,真空光速總是每秒三十萬千米。

【牛頓與愛因斯坦的對立】

17世紀,牛頓曾提出過一個相對性的經典說法。當時他主張,作為參照基準的參考框架,無論做什麼樣的勻速直線運動,都不會對實驗(包括物理的運動)產生影響。愛因斯坦認為這種說法與他的電磁學理論格格不入,當他試圖搞清楚以光速運動的觀察者所看到的光波將會是什麼樣時,他遇到了糾纏不清的情景。

於是他清醒地認識到,為了在物理學領域取得協調一致的答案,就不能把空間只是看成供我們生活居住的容器。它還必須具有某些特性,例如人們以高速運動時,時間尺度將會改變,同時,空間尺度也會改變。在這個意義上,空間和時間是纏繞在一起的,空間和時間原是同一件事物不同的相對表現形式。

牛頓的絕對時空就是哲學或人們通常意義上所感受的時空,即在每一刻,都對應整個宇宙的某一態。從牛頓的絕對時空看來,這星光傳播過程中,時間就一直在變大,在膨脹。

現金世界上最具權威的美國《科學》雜誌,最近一期一篇文章明確指出,宇宙膨脹不是光的多譜勒效應,是時空本身的膨脹,而實際天文觀測證實的,包擴哈勃紅移在內,都是時間膨脹的結果,其它都是圍繞時間的膨脹的理論分析和推測。

分析時間的膨脹,就涉及時空本質的理解,就物理學而言,我們就有兩種時空:牛頓的和愛因斯坦的。

牛頓的時空稱絕對時空,表面看起來,它的時間和空間是毫不相關的,實際上,從它的引力所具有的無限大速度的假設,可以知道, 牛頓的絕對時空就是哲學或人們通常意義上所感受的時空,即在每一刻,都對應整個宇宙的某一態。從宇宙的各向同性和平滑性,知這一刻對一態雖然在觀測上不可行,但理論和人們思維上卻是可行的。空間的三維始終應對時間的一維,這是用思維觀時空,是橫向看時空,空間的三維和時間的一維一一對應,我稱之為三一時空。

三一時空的同時性並不是沒有物理實質,如產生了量子糾纏的量子所具有的同時性。

愛因斯坦的時空稱相對時空,它以觀察者為核心,強調可觀察,是用眼睛看時空,以光速為極限,將過去和現在聯絡在一起,是縱向看時空,時間和空間纏繞在一起,人稱四維時空。

時間的膨脹是觀察者觀察的結果,是四維時空的產物,時間倚觀察者而變,觀察者的時間代表著真實的唯一存在,是四維時空模型中時間的最大值;觀察者的時間代表著此刻,若設這個時間為零,其它被觀察體的時間都為負值。在觀察者本身卻無法發現時間膨脹的原因,必須橫向看時空,用牛頓的絕對時空觀,就能發現時間膨脹的原因。

例子:假設一星體離地球60億年,星像分離的一刻,宇宙的態對應時間為t,10億年過去,這星體的像走了10億光年,宇宙的態對應時間為t+10;再10億年過去,這星體的像又走了10億光年,宇宙的態對應時間為t+20;最後,經過t+30,t+40,t+50,到達地球時,宇宙的態對應的時間為t+60億年。從牛頓的絕對時空看來,這星光傳播過程中,時間就一直在變大,在膨脹。

從橫向思考時空,就會發現一個星體的像離開實體一刻起,在傳播過程中,時間就一直在膨脹,直到被觀察者接收為止。由於星體和觀察者之間的時間膨脹是一定的,我們收到的星光的紅移值就是一定的。

這時間膨脹現在被解釋為空間的膨脹,即這星光經過的路程被延長,延長的原因是過去比較熱,空間熱膨脹,道理上應能說得過去,但事實是現在空間已經這麼冷了,我們卻發現時間膨脹在加速,時間膨脹解釋為空間膨脹就說不過去了。空間性質的改變也能造成時間的延長,比如光不從空氣中而從水中傳播,接收者就會發現時間延長了。由熱力學第二定律看,時間是不可逆的,空間儘管是真空,隨時間的性質變化也是不可逆的。

真空性質能有什麼變化?真空的電場磁場引力場總在,電向磁的變化,引力的變化都是不可逆的。

宇宙的星系一直都在不斷變化中,空間的性質也在不斷變化中。就地球而言,地球在誕生時空間還沒有大氣,也不是一個藍色星球;現在地球的溫室效應,地球膨脹引起的空間的膨脹,都會產生空間性質的變化,同樣會產生時間膨脹效應。空間本身由電向磁的轉換,即由紅向藍的轉變,就當然地造成紅移,時間的膨脹。

也許這一切分析都是多餘的,時間的膨脹就是時間的膨脹,從被觀察物體到觀察者,橫向看時空,就有時間膨脹發生;太陽光到地球就有紅移發生,不能也不要把時間變換成我們能理解的空間的什麼東西,這樣會犯錯誤的。道可道, 非常道; 時間是我們永遠猜不完的謎。

【時間膨脹的應用】

時間膨脹是相對論效應的一個特別引人注意的例證,它是首先在宇宙射線中觀測到的。我們注意到,在相對論中,空間和時間的尺度隨著觀察者速度的改變而改變。例如,假定我們測量正向著我們運動的一隻時鐘所表明的時間,我們就會發現它要比另一隻同我們相對靜止的正常走時的時鐘走得慢些。

另一方面,假定我們也以這隻運動時鐘的速度和它一同運動,它的走時又回到十分正常。我們不會見到普通時鐘以光速向我們飛來,但是放射性衰變就像時鐘,這是因為放射性物質包含著一個完全確定的時間標尺,也就是它的半衰期。當我們對向我們飛來的宇宙射線m作測量時,發現它的半衰期要比在實驗室中測出的22微秒長很多。

在這個意義上,從我們觀察者的觀點來看,m內部的時鐘確實是走得慢些。時間程序拉長了,就是說時間膨脹了。

我們完全清楚,在平常的生活中看不出空間和時間有這種畸變。這是因為我們不涉及已接近光速運動的事物。事實上,相對論現象的特性由物體速度與光速平方之比這樣一個比率來決定。

當所研究的物體的運動速度超過光速的十分之一時,這個比率才變得重要,因為此時該比率增大到百分之一以上。這樣的高速領域幾乎只侷限在高能物理學家們的經驗中。由於我們通常不會涉及這樣高的速度,所以狹義相對論的許多結論都使我們感到驚奇。

實際上,這些結論確實有些複雜,但早已證實了狹義相對論的完美,並且在處理低速運動時又幾乎嚴格地與我們所熟悉的物理規律一致。

時間膨脹對於未來的宇宙探索,旅行等都有巨大的作用,而它也不斷出現在科幻**家的筆下,並有了許多優秀的作品

7樓:不夠格科學家

你問的還真縹緲阿。

回去好好讀相對論去

愛因斯坦狹義相對論時間膨脹

8樓:陰陽五行律師

t'=(1-v/c)t/(√1-v^2/c^2)公式中,v可以為負數,計算s'時間時將v帶入公式,計算s時間時將-v代入即可。

9樓:蘭曦雪唯一

根據洛倫茲變換啊,不懂的來追問

大家都知道物體速度越快時間膨脹就越大,但為什麼會這樣。

10樓:匿名使用者

相對論的提出是基於光速不變的客觀事實,即光速不滿足疊加原理,在哪個參考系裡都是c=299792458m/s。

現在我們選光速來作參考系,即你以光的速度奔跑,來看巨集觀低速的世界是怎麼個樣子。

根據光速最大理論(即光速是自然界的極限速度),你最快,世界正急速往後走。現在來做一個假設,把我們所處的巨集觀低速世界(下面簡稱「世界」)用一條運動的米尺來替代。簡單起見,我們認為這個世界,這條米尺是相對光速勻速運動的,沒有加速度,歸在狹義相對論的範疇裡討論。

現在要求你測出這條米尺的長度。你怎麼測呢?(這裡你不要簡單的認為米尺就一定還是一米,因為現在是在高速情況下,長度也是相對的)

我們主要來討論這個測的問題。用「位移=時間×速度」來測量。由於光速不滿足疊加原理,所以米尺的運動的快慢對於以光速奔跑的你而言是無差別的,你感覺相對於誰都是以光速在運動。

但如果米尺確實以兩種不同的的速度從你身邊飛過,這種速度上的不同又表現在**呢?在長度上。你會發速度稍快的米尺顯得更短些。

這就好比你坐在高速列車裡,你從一條縫隙裡看外面的景物,同樣是相距五百米的兩根電線杆,你所能觀察到電線的時間是和列車速度息息相關的,速度快,你能觀察到的時間自然短。現在假設你沒有發現列車的變速,你用時間×列車速度,就會得出兩個五百米不相等。為什麼要假設你沒有發現列車變速呢?

因為光速不變理論,同樣是不能發現相對速度的變化,即以光速奔跑的你,對於兩個運動速度不同的物體而言你還是光速!當然這種不能區別不是隻有你個人不能感覺到,是自然界的任何事物都不能區分!類比於此,你只能發現速度快的米尺更短一些。

回到我們的世界,即你又發現這米尺是一樣長的,是運動速度不同罷了。那麼先前你測得的長度上的不同,現在該怎樣調和,怎樣解釋呢?是速度差造成的,當然得有速度來解決。

先前測出的長度差與現在的速度差聯絡到一起就是一個時間差(位移差/速度差=時間差)!這個時間差就是膨脹了的時間!

而你問的為什麼速度越快時間膨脹越大?實際上這裡的速度就是對世界所表現出來的數度差,簡單點說可以認為是對地速度。依上面的推理,從光速的角度看,這兩個環境的速度差就會造成這兩個環境中物體的長度收縮。

再在把這個長度差別在世界來表達就是時間膨脹了。

所以相對論講的是個什麼呢?就是在光速不變的前提下,從光的角度看是長度收縮了,時間不變;從所處的世界來看,是時間變大了(時間計數不變,表現為單位時間的延長,即膨脹)。當然這兩者之間的聯絡可以用速度畸變來表示u=v/根號下(1-v^2/c^2)。

附帶解釋一下「光速不變」和「光速最大」

「光速不變」是客觀事實,比如說給你一臺測量光速的儀器,測得日出和日落時的陽光的速度是一樣的。從太陽系的地理位置上來講,依速度的疊加原理,日出你是引著陽光測,日落是揹著陽光測,他們之間有兩倍的地球自轉速度差,測得的光速應該也有這麼個差值,但實際情況是兩者相等!所以光速不滿足疊加原理。

「光速最大」最簡單的證明方式是從能量入手,由前面的速度畸變公式可以發現當v—>c時,u變趨向於無窮大。對於任何一個物體,就意味著動能(1/2mu^2)無窮大。試問有什麼東西能能提供無窮大能量呢?

無窮又是多大呢?邏輯上就不可能,所以那些為了能回到過去而一廂情願持超光速的說法是不可信的。

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