也就是說,如果我們在地面上觀察,就會發現「光子鐘B」中的光子每完成一次反射的距離增加了,根據勾股定律我們可以得出,這個距離為「√(h^2 + x^2)」(注:「√」是指「根號下」,x為光子的平移距離)。
按通常的思路來講,「光子鐘B」中的光子疊加了太空船的速度,其速度也增加了,因此「光子鐘B」中的光子每完成一次反射的時間就會與「光子鐘A」相等。
但由于「光速不變原理」,光子的速度並不會因為太空船的速度而增加,也就是說,如果我們在地面上觀察,就會發現「光子鐘B」
然而對于太空船上的人來講,由于他們在跟著太空船一起運動,並不會觀察到「光子鐘B」中的光子多了一個額外的運動,因此他們觀察到的「光子鐘B」中的光子每完成一次反射的時間依然是「h/c」。
這就意味著,太空船上每度過「h/c」的時間,地面上就度過「[√(h^2 + x^2)]/c」的時間,相比之下,前者的時間流逝速度比後者更慢,換句話來講就是,太空船上的時間變慢了。
可以看到,導致這種現象的原因正是太空船的速度,據此我們還可以推測出,一個物體的速度越快,其時間就越慢。那這跟愛因斯坦提出的「引力能讓時間變慢」有何聯繫呢?
在乘坐電梯的經歷中,我們常常會感到當電梯剛剛啟動的時候,會有一種與電梯運動方向相反的力(比如說電梯向上運行,這種力的方向就是向下的),這種力其實是電梯的加速度造成的「慣性力」
假設有兩個場景,一個場景是,讓一個人待在一艘太空船裡,然後將這艘太空船放在地球表面。
另一個場景是,將這艘太空船置于失重的環境中,並讓其以與地球表面的重力加速度完全相等的加速度持續向上飛行。
可以想象的是,在這兩個場景中,太空船中的人都會感受到向下的力,並且是一模一樣的力,如果這個人無法觀測外界,那麼他就根本無法區分自己是受到力是地球引力,還是太空船的加速度造成的「慣性力」。
由此可見,一個具有加速度的參照系與引力場中的參照系不可區分,它們是等價的,而這就是愛因斯坦在《廣義相對論》中提出的重要理論——「等效原理」。
愛因斯坦認為,既然這兩者是等效的,那麼每一個引力場都可以用一個具有特定加速度的參照系來進行替代,如此一來,就可以利用《狹義相對論》來描述引力場中的時間,既然速度能讓時間變慢,那引力場當然也能讓時間變慢,並且引力場的引力越大,其等價的參照系的加速度就越快,于是時間也就會變得越慢。
代表者: 土屋千冬
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設立日:2023年03月07日