有人问了一个问题:如果一个人坐在无限接近光速的飞船上,是不是只是我们觉得他的时间变慢了,而对于他来说,他觉得时间一点也没变,自己还是只能活那么久?
是的,这就是相对论。
相对论里时间的相对性是需要以两个参照系互相作为比较的,如果只有一个参照系,那么是不会存在时间的相对性,在任意一个独立的参照系里时间永远均匀流逝(这样表述在相对论里显得有点怪,但这样表述是一般人最容易理解的,下同),并不会变慢。
在题目中的这个老奶奶,加入她乘坐上一艘接近光速飞行的飞船,以她自身所处的飞船作为参照系,她的时间如常流逝,她的一小时依然是一小时,她的一天依然是一天,她自己不会感觉有任何的不一样。但是当有一天,她返回地球的时候,就会发现地球已经世事变迁沧海桑田了……
这就是相对论。只有当两个参照系进行比较的时候,它才显示它的威力。
在一百多年前,天才物理学家爱因斯坦为了解决麦克斯韦电磁理论和迈克尔逊-莫雷实验里光速恒定的问题,引入了时间,提出了四维时空的概念,他指出时间和空间并不是两个彼此独立的存在,它们是一体的。
在狭义相对论的四维时空里,物质的运动是在时空里运动,而物质在时空里的运动速度都是恒定的,都为光速。但由于运动物体在时空里运动的分量不同,在时间上的运动速度就会产生差异,假如他的运动在空间里的分量更大,在时间里的分量就会越小;反之当他在空间里的运动的分量越小,在时间里运动的分量就越大。
如果你不明白我上面在讲什么,那么你可以用一个直角三角形来辅助理解:
用x轴和y轴组成一个直角坐标系,一条固定长度为z的斜边,两端搭在x轴和y轴上,你会发现在不同的倾斜角度下,x和y的值是不一样的,x的值越大,y的值就越小;反正x的值越小,y的值就越大。
你把x和y的坐标作为空间和时间的坐标,z斜边作为物体移动速度即光速就能理解狭义相对论下的时间和空间的相对性关系了。这就是狭义相对论里的时间膨胀(时涨)和空间收缩(尺缩)效应。
爱因斯坦就是用这么一个简单的坐标系,解决了高速恒定的问题,当高速运动,空间在运动方向上就发生了收缩(空间的一维收缩了),与此同时时间(只有一维)发生了膨胀——时间间隔增加了。由于时间和空间同步变化,这样,时间和空间上的比值依然不变,光速就不变了。