飛船內的人變年輕和尺子收縮，是代謝變慢了

快樂老年435 2018-12-15

展開全文

讀者對相對論的時間變慢和尺子收縮很感興趣。這聽起來很詫異，時間為什么會變慢？這也是民科常以攻擊的地方，畢竟太違背常識了。

不管在北京，倫敦還是上海。此時此刻三個地點會發(fā)生在不同的事件同一時刻，張三在北京吃拉面，李四在倫敦逛商場，王麻子在紐約上班。

宇宙中，總是有無窮多的事件在發(fā)生，小到電子運動，大到星系旋轉。我們該怎樣用數學描述某一事件發(fā)生的規(guī)律。

當然，憑借著先天綜合判斷，我們會在每個事件中提取出發(fā)生的時間和地點。這就是時空。

空間是三維的，時間可算作第四維。如果要用坐標系描述時間的時空，就需要閔可夫斯基時空圖描述，當然今天的重點不在于此。

處于A地點的人要去觀察B地點發(fā)生的事件就需要觀察。

那如何觀察呢，無法就是依靠五大感官。嚴格來說，觀察到的事件并不是實時的發(fā)生的，而是延遲的！

在A點的人可以看B點發(fā)生的事件，也可以聽到B點發(fā)生的事件。

當然在A點的人有強迫癥，他更喜歡看B點發(fā)生的事件，因為看比聽更快一些，看到事件的信息比聽到的事件信息延遲就短很多，畢竟光速遠大于聲速。

在夜晚，站在A點的人仰望星空，看到了仙女座星系，當他得知此時此刻看到的畫面只是仙女座星系250萬年前的樣子，他感到沮喪，因為他想了解到仙女座星系實時的樣子。

當時這是不可能的，因為觀察某一地點某一時刻發(fā)生的事件傳到你的感官中需要時間。

怎么讓這個時間差最短呢？這就要求事件的信息傳遞需要最快的速度飛到你的眼前。而光速就是最快的信息傳遞速度。

所以光速不變原理也是狹義相對論的基本假說，并推理出光速是宇宙中最快的信息傳遞速度。

現在你站在地球上，宇航員開著透明的宇宙飛船飛出地球。假設不管飛船飛得多遠，你都可以看見飛船內部發(fā)生的事件。

你掏出來兩個電子表，一個你帶手上，一個贈送給在飛船內的宇航員。

飛船未點火時，你看一下自己的時間是10：07分，在飛船內的弟弟電子表也是10：07分。OK，此時還沒有異常。

沒多久，飛船開始點火，并加速飛離地球。那么你要看見飛船內的電子表的走動，就需要飛船內的燈光照在電子表上(此時示數為15：30)，并重新反射光線。這個反射的光線就攜帶了15：30這一刻的信息。現在這個光線要傳到地球上才能被你看見。那么當這束光線傳到你的眼中時，你手上的電子表讀數又會怎么樣呢？

先別急著下結論。一開始你倆的時間一樣，電子表讀數也應該一樣?？涩F在飛船運動了。那我現在問你，你的時空坐標是(t0，0)，你看到的宇宙飛船的時空坐標是(t1，x)，

當宇宙飛船勻速直線運動時，飛船內的光線傳到你的眼中的時間差｜t0－t1｜是多少？

我想這也太簡單了，因為根據時空坐標，我們已經得出來你們相距為x。光線傳播的最快速度為光速c。

｜t0－t1｜c=x(c為真空中光速)。

于是時間差｜t0－t1｜=x/c，這個時間差可以推理到洛倫茲變換這就是t0=t1/(1-v2/c2)?因為c為常數，v是飛船的速度。飛船速度越快，看到的時間差就越大，甚至看到飛船內的自由落體都減慢了，所以你看到的宇宙飛船中的時間就越來越慢。

不過這個只是狹義相對論的研究范疇。也就是說宇宙飛船只能相對于保持勻速直線運動，一旦涉及到變速運動就是廣義相對論的范疇了。因為狹義相對論不涉及力，廣義相對論涉及力，變速過程體現的加速度就是力。

在狹義相對論中，地球人看到飛船內的時間變慢和尺縮只是運動學效應，其飛船內電子表的機械結構沒有改變。你也可以在某種程度上認為成這只是一種視角把戲。

如果飛船不經過變速過程再回到地球，那么飛船上的表和地球上的表走的一致，飛船上的人也沒有變年輕。

但是，這不可能，飛船不可能從零啟動到高速飛行不經過變速過程，飛船回到地球也得減速和反方向加速。

飛船內的人變年輕不是因為勻速直線運動運動導致的。飛船上的人看地球人時間也變慢了。但為什么但飛船內的人回到地球，是宇航員變年輕了，而不是地球人年輕了呢？

關鍵的問題在于飛船變速過程就相當處于非慣性系了，就等效于在引力場中，這時候導致的時間變慢才是真實的身體細胞代謝變慢，是不可忽略。如果飛船僅是和地球人保持勻速直線運動，那么地球人看飛船時間慢了，飛船看地球的時間也慢了。這種因勻速直線運動導致時間變慢是相對的，只有誰經歷了加速過程，誰都時間才真的不可逆的變慢了。

同理，飛船內的尺子的確沿著運動方向縮短了，勻速運動和加速運動都可以導致縮短！但是在勻速過程中，地球人看到的尺縮效應是運動學圖形的改變，而不是幾何圖形的改變，在這種情況下，尺子分子間距沒有改變，這只是觀察者效應。