時間膨脹效應

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

　　時間膨脹效應是相對論效應的一個特別引人註意的例證。它是首先在宇宙射線中觀測到的。我們註意到，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。

　　有一條馬路,馬路的一側時間膨脹了，A站在時間膨脹的一側,B站在另一側,A會感覺到B的一切都像快進了一樣,B則會覺得A的一切都像慢動作一樣,而他們都不會覺得自己有什麼問題。

　　假設你在宇宙飛船里，以光速行進，到一個大約四十光年遠的潛在可居住星球，再迅速返回地球，在你的時間感官里，不過過了2年，但其實地球上的人們已經走過80年了。

　　時間膨脹效應是相對論效應的一個特別引人註意的例證。

　　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錶現形式。

　　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。愛因斯坦考慮了當人們在高速運動時會出現什麼現象。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。

　　現今我們完全清楚，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局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。

　　時間膨脹效應是首先在宇宙射線中觀測到的。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。時間進程拉長了，就是說時間膨脹了。

　　相對論（Relativity）的基本假設是相對性原理，即物理定律與參照系的選擇、大質量物體扭曲時空改變物體行進方向無關。狹義相對論和廣義相對論的區別是，前者討論的是勻速直線運動的參照系（慣性參照系）之間的物理定律，後者則推廣到具有加速度的參照系中（非慣性系），併在等效原理的假設下，廣泛應用於引力場中。相對論和量子力學是現代物理學的兩大基本支柱。經典物理學基礎的經典力學，不適用於高速運動的物體和微觀領域。相對論解決了高速運動問題；量子力學解決了微觀亞原子條件下的問題。相對論顛覆了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念，提出了“時間和空間的相對性”、“四維時空”、“彎曲空間”等全新的概念。