为什么宇航员在太空会老的慢？

最佳答案 - 由提问者2006-11-24 23:08:45选出

三、时间变慢吗？

打个比方说，一飞船高速飞离地球时，宇航员会看到地球的四季变长了。地球人的四季轮回是 365 天，宇航员会得到 500 天或 600 天甚至更长的结果。当飞船高速飞向地球时，宇航员又会看到另一个相反的现象，即地球的四季变短了。宇航员的观测结果是一种视觉现象，或者说也许说是未加以修正的观测结果。有点物理知识的人就会知道，地球的自转周期与公转周期不受这个飞船的影响，无论你把这个飞船的速度设计的多高，它丝毫不影响我们地球人的作息时间。相对论讲当一时钟达到光速时它的时间就会停滞不前，这时所说的时间停滞倒底是一个什么样的概念呢？相对论者讲它不是一种视觉上的时间停滞，而是真实的停滞。这种说法是不可解释现有的现象的，如现有的技术可以把离子加速接近于光速，时间停滞在这里可以理解为电子公转的速度停滞。按这种思路来推导的结果是，达到光速的离子中的电子处于停滞状态，这可能吗？所以说相对论的问题最好是用自已的脑子来思考。
相对论的答案是相对的，也就是说相对论的答案不是唯一的。打个比方说相对论者讲有时间膨胀一说，什么是时间膨胀呢，能否准确下一个定义呢？不能，也是永远不可能的事。举一例子可以说明：太空飞船中的铯原子钟是否比地球上的慢呢？确切地说让太空站在空间运行一百年后回落到地球上来对时。不论是快还是慢或者说相同的走时，相对论总是胜利者。因为看到结果后相对论者就会有相应的解释了。如果说变慢了，相对论者就不必讲了。因为爱氏早就说明了它会慢。如果没有发生时间的膨胀，相对论者也有理可讲。因为太空站是相对于地球处于静止状态，相对于我们它并没有运动，它也就不会有时间的膨胀。这个道理也可以讲过去。我也曾提出过这样一个观点，假如说相对于观测者静止发光原子，当我们把它加速至光速时，这是原子是否还能发光。从这个问题才能分辨出大家对时间膨胀的看法。从地球的人类来讲，地球处于静止之中。但这种静止不具有绝对意义。所以从运动学的角度来看，地球与飞船（加速时间除外）是惯性系上是等价的。你有什么理由来说明变慢的必定是飞船钟呢？如果你在飞船之中难道就没有权利读爱氏的相对论了，只有地球人才可以读它？从固有时间而言，固有是指本运动（可静止）系内的标准。比如说在地球系铯原子钟是最为准确的计时系统。而在相对论看来相对于地球运动的铯原子钟会有时间膨胀效应。铯原子钟相对于地球运动时，它相对于地球的振动周期会变小。它的变小就意味着这个系中相应的化学反应过程、物理过程、生物的新陈代谢周期会都有变化。而它自身所携带的计时系统是不会发现这一过程的。因为计时系统同样也发生了爱氏延缓，延缓的时间描述延缓的物理过程，这不等同于相同的结果吗？这才是相对论中的最大逻辑不能自恰之处。其它仅是枝节性的问题了。如对其滋生的主干没有一个深入的了解……对此问题大家多考虑一下。对于绝对不变的振动系的周期作为惯性系的计时工具这一点没有疑虑的话，就该接着往下推导就是了。再往下推导就会发出相对论中的逻辑矛盾，但不会出现你所发出的矛盾。对于振动周期我习惯于用频率一词来替代，这可能是造成我们之间误解这原因。
相对论时间膨胀推导的最为基本的方法是，在静止系中一个光路往返的光往返时间为 t, 由于这个光路往返系统的运动，所以光程会增大，光行进这样增大光程的速率也为恒定的光速，由此会得出运动运动系的光路往返时间会比静止系大的道理来。也就是说 t ' = t / sqrt (1-vv/cc)，t 与 t ' 之间的关系就是光往返系统之间的时间关系。 时间膨膨的结果为 t ' > t 。换言之，运动系与静止系的同样的光路往返系统，运动系所需要的时间 t ' 会大小静系的时间 t 。以上结果再根据光路往返来约定时间的原理，会引发出时钟的走时率为 t ' < t 。结果与上正好相反。因为时钟的走时率与所需的时间是不同的概念。也就就说如果 t 代表静系的走时率的话，那么和 t ' 作为运动系的走时率会小于静系中的 t 。这时所说的时间绝对值大是光往返的时间，光路往返时间越大的，它的时钟走时率会越小。打个比方说地球上的一个光路往返系统，光由光源发射出去再反射回来的时间为 1 秒，当它个系统运动时它的光程会增大所而的时间有可能是 2 秒。光往返时间在数值上的膨胀会引发出其走时率的减缩。这个原理源至于时间由固定不变的振动周期来约定。从该原理上来分析，横向多谱勒频移为结论为 f ' = f *sqrt ( 1 - vv / cc )。
时间膨胀观点有几种解释方法：
1、s ' 系相对于s 系运动，故而t^就是表示动系的时间。t ' = t / sqrt (1-vv/cc)。因 sqrt (1-vv/cc) < 1 ，所以会有 t ' > t 结果。这种结果可以解释为动系中的光路往返系统中光的往返时间 t ' 大于静系中的光往返时间 t 。由于光往返周期可以作为时间的一种计量方法，光往返时间的不同，就说明有时间膨胀效应的出现。
2、另一种说法是，t 是动系中的固有时间，t ' 才是静系的时间，数学描述为 t ' = t / sqr ( 1- vv /cc )。因 sqrt (1-vv/cc) < 1 ，所以 t ' > t 结果。这种结果解释为静系的时间 t ' 大于动系中的时间 t 。这种效应称为时间膨胀。
一个数学式两种解释，实际上这个问题还是从爱氏对时间膨胀的推导的源头来理解它，即锯齿形光路问题。一般地理解静系中有一个光路往返系，光反射到光源处的的时间为 t 。当这个光路往返系相对于静系运动时，就会有锯齿形光路的出现，光由于增大了光程所以运动系光往返时间会大于静系。所以说 t 应是静系中光路往返所需的时间，而 t ' 就应为动系所需的时间。如果说 t 是动系的时间的话，是借助于静系的观测结果比较出自身时间膨胀的结果来，这种思路好象不太好接受。t 与 t ' 的关系是 t ' > t ，但哪个是静系时间，哪一个又是动系时间？各种解释皆有自已的一套推导方法，我也是一头雾水，还望各位各抒已见。
狭义相对论中时间膨胀是得到科学界的认可。从整个理论上来讲，是无法给时间膨胀下一个确切的定义的。因为时间膨胀与相对性原理相矛盾。也就是说，我们认同了相对性原理，那么无论时钟运动的快慢，只要它处于惯性系中，它就不会发生时间膨胀效应的。打个比方说，若干个铯原子钟以不同的匀速率向不同的方向运动。由于各惯性系都是平权的，所以说各惯性系中的时间流逝是相同的。因为我们没有理由来说明哪个惯性系中的时钟会变慢，哪个时钟会变快。相同的时间才是事物的本质，而从观测者来看会有多普勒频移效应的影响，观测者会观测到远离的时钟变慢，靠近的时钟变快。但这种时钟走时率的变化是源于多普勒效应所导致的视觉效应。
相对论并不是以上的观点。它认为运动的时钟变慢是绝对性的，这一点可以从光的多普勒频移关系式中得到体现。这实际上已违背相对性原理。相对论认为多个铯原子钟以不同的速度向不同的方向运动，径向运动速度越高者它的时间膨胀效应就愈大，与其运动方向无关。这里的疑点正是运动的确立。如果相对性原理没有得到否定以前，爱氏的这种观点是无法成立的。沈先生也谈到，这个问题还是双生子的问题，狭义相对论中不好解决，最好是进入广义相对论中来解决。沈先生也是运用了前人惯用的方法来逃避此类问题。相对论总是认为两钟不能回到一起就无法对钟，就把此类问题扯到广义相对论上来自圆。
沈先生，这并无需一对一才能作出对比的事。只是问一下为什么运动的钟会变慢的原理所在。相对论中讲运动的时钟会变慢，它的理论依据是什么？这与相对性原理不相矛盾吗？时间膨胀效应本来是狭义相对论中的概念，对其定义含糊不清大家正是相确认一下时间膨胀到底是一种什么样的膨胀，拿来一个具体事例来分析。我也知道不仅是你沈先生无法回答，就是号称相对论的专家也对此类问题束手无策。这里暴露相对论中的矛盾是在逻辑上，主要是相对性原理与时间膨胀效应之间有不可化解的矛盾。有的讲到相对论中的时间膨胀与洛仑兹的时间膨胀不是一码事。相对论中的膨胀是相对的，你看我膨胀了，反过来我看到你也会有相同的数量级的膨胀。按这种说法这不成了视觉性的膨胀了。你说是这样的吗？

尺缩是否真实？
久明好，你在 30101 贴中谈到：我也发现运动的物体确实有尺缩的表现，并且还有尺胀的表现，也没有人愿意接受。你虽没有详细述明你所认为的尺缩观点，我猜测这种尺缩的观点是难以立足的。唯一只有一种可能，是以光信号的传播时滞不加以修正的测定才会得到尺缩的结果。这种尺缩是视觉性的尺缩，如同一架摄像机摄制一个运动中的物体时，其影像会产生畸变的道理一样。也可以理解为一种观测效应，并不是运动物体随运动产生真实的形变。假如你认为有真实的尺缩的话，我们首先应确立什么是运动。运动是相对的还是绝对的。在相对运动的框架内是不允许真实尺缩出现的。也就是说，我们只有找到绝对静止的参考点，才能确立一个物体是否处于运动状态之中，它的运动速度如何，有这些前提条件的话。我们才能说它该不该尺缩。
我注意到许多人把匀速运动与加速运动相混淆，在相对运动的框架内，一个物体匀速运动与静止是同一概念，这只取决于观测者而言。而加速运动就有所不同的，在加速系（非场力加速）中物体的长度会发生尺缩，加速度愈大，其尺缩愈明显。这好比一个人在加速上升的电梯上量身高一样。电梯的加速度越大，他的身高就越小。如果电梯的加速度超过了人的生理极限，有粉身碎骨的可能。如果把测定物换成弹簧会更明显些。如果是一个竖直的铁棒也会有同等的效应，只是它的尺缩不明显而已。
你还谈到：某些人认为力的传导速度为光速。这句话不够确切。因为力的传速度不是一个固定值，每一种力都具有它特定的力传速度。如空气、水、木棒、铁质等，既是空气力传速度也不是固定的。如给定气压、温度不同，它的力传导速度就不同确切地讲应是特定的力传媒介对应一定的力传速度。所谓的力传速度为光速的力仅是指电磁力与万有引力，它的力传导速度为所有力传导速度的上限，一般的力传导媒介的传导速度远远少于此值。
首先，对于尺缩的认识我们几乎趋于一致了。是的，尺缩只能是未加以修正的观测结果。确切地讲是没有把运动所带来影响修正过来的结果。不可能存在真实物理意义上的尺缩，只有观测意义上的尺缩。
另，你谈到小球碰撞斜面的弹射路径来说明运动对小球的弹射方向的影响。此原理纯属力学原理，也可以讲是常识性的问题。从力学的角度来讲，这个斜面静止时小球以一定的角度射到面上，而当斜面运动时，就会引起小球入射角度的改变，故而形成了弹射角的改变。在这个例子中最为简便的方法求得弹射角的方法是：求得相对于运动斜面小球的入射角。
也可以这样来理解，垂直地面下落的小球，它会垂直从地面弹跳起来。如果我们在运动的平板车上重新作这个实验的话，情况就不同了。因为当平板车运动时，垂直于地面下落的小球不再时垂直于平板车面下落的。这样入射角改变了，弹射角改变也是情理之中事了。这就如同雨天打伞者，当它奔跑者应把伞的角度前倾一个道理。用这种方法来推证观测意义的尺缩是没有意义的。