时间为什么会变慢

作者: Nextphy | 来源:发表于2018-11-10 21:46 被阅读2次

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狭义相对论中有很多与我们固有时空观所“矛盾”的结论，如“时间膨胀”、“空间收缩”等效应，它们到底是怎么回事？其实这主要是狭义相对论的推论。狭义相对论有两条基本的假设（这也不算是假设了，已经得到科学的证明了）。

1、光速不变，与光源的运动状态无关
2、任何惯性系下，物理规律不变

经典力学，即牛顿力学认为时间是绝对的，即 $t=t'$ ; $\Delta t=\Delta t'$ 。而根据爱因斯坦狭义相对中的两条基本假设，可以得出时间并不是绝对的，可以理解成不同的参考系都有其自己的一套时间（经典的教材都会以“同时性的相对性”来展开论述，很著名的例子就是爱因斯坦提出的在火车上的人和铁轨旁的人对闪电同时击中了铁路两侧的不同观点）。爱因斯坦的狭义相对论改变了人们对时空的固有看法。
针对一些违背我们固有时空观念的问题，正如开头的所说，都可以用狭义相对论中的推论来解答。不要把问题想象的多复杂，诸如“时间膨胀”，“空间收缩”等问题都是基于狭义相对论中两条基本假设的推导。首先，以一个简单的例子来理解下不同参考系下的时间，在不同参考系中光速是不变的，那么可以光子运动一定位移所需的时间来计时（如Fig.1，简单理解为光子上下往复运动）。

Figure 1 光子计时接下来，假设我们在地面看一枚火箭载着“光子计时”设备在宇宙中以速度 $v$ 飞行，我们在地面看见光子的运动轨迹如Fig.2中的虚线所示。

Figure 2 在地面看火箭载着“光子计时”设备在宇宙中穿梭。A，B，C分别代表火箭飞行过程中的三个状态。我们在地面同时有一个与火箭中一样如Fig.1所示的“光子计时”设备，现在假设火箭由A飞行到C的过程，地面经过的时间为 $t'$ ；火箭上经过的时间为 $t$ ；由基本几何知识可以得到如下等式
$(ct')^2=(vt')^2+(ct)^2$ 变换上式得
$t'=1/\sqrt{1-v^2/c^2}.t$ 上式就是著名的洛伦兹变换，通过上式可以看出不同的参考系有着自己的一套时间，而且当速度 $v$ 相对于 $c$ 很小的时候，上述情况就近似经典力学的规律。如果感兴趣，可以试着找些教材去学习，尝试推导下“空间收缩”效应；也可以看下一些相关的科普书籍，有些感性的认识。

希望对你有帮助。

Reference
1、郭硕鸿.电动力学.
2、汪洁.时间的形状.