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如何理解時間?為何說衛星上的時間變快了而不是鐘快了?

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簡單回答,這是因為狹義相對論和廣義相對論的兩個效應共同作用的結果。狹義相對論告訴我們物體運動速度越大,其時間流逝越慢,衛星速度比地面大,且一直在變化,因此在這個效應下,衛星上的時間的確比地面的慢。但根據廣義相對論的引力效應,地面的時間流逝的比衛星上要慢。經計算引力效應大于速度效應,綜合起來,地面上的時間比衛星上的要慢,比如說咱們非常熟悉的GPS定位衛星上的時鐘每天比地面要快38微秒,



我們的手機電腦上的導航接收終端在定位時都要加上修正值才能準確定位,否則早就把我們導溝里去了。好了,言歸正傳,下面是回答。

時間和空間是物質及其運動產生的,物質及其運動又以時間和空間的方式表示著存在,運動變化是宇宙的本質特征,時間是描述物質運動變化的,因此時間對應著宇宙的本質特征。從這個角度講時間屬于意識范疇的東西。說到這里大家不要誤會,以為意識范疇的東西就是人為的、不同于物質的“非物質”,從廣義上講意識范疇的東西也是客觀存在的物質。下面再從時間和空間的關系上講一下時間的物質性。

時間和空間有著不可分割的聯系,閔可夫斯基認為時間是一維特殊的空間,和三維空間一起稱為“四維時空”。但這個四維時空是個被抽走了所有物質的純粹的空間。因而不能抵消笛卡爾認為空間不能空無一物或先驗給定的疑慮。愛因斯坦認為空間中充滿了場(這已被現代科學所證實),空間作為場物質的結構性質而存在,不能脫離物質單獨存在,空間是實實在在的物質,因此從這個角度講時間和空間一樣也是物質。不過空間又是一種性質,從這個角度講,空間也屬于意識范疇的東西。不過上面已經說過意識范疇的東西也是物質,空間是看不見摸不著但可被感知的客觀存在,因此時間也是如此,只不過時間是更虛幻抽象的一維空間。



怎么來證明時間存在?本來我想用多個相同的鐘表分別放到地面、太空衛星等不同運動速度的系統中,用它們時間示數的差異來證明時間的存在,因為如果時間不存在,只是人類制造的鐘表具有的功能的話,那每個鐘表的時間示數應該是一樣的,否則就證明時間是存在的。也就是說由此來證明時間到底存不存在。可現在題主有先見之明,預先堵死了這條道。你如果說是鐘的問題,或者說是速度使得鐘表而非時空變慢,這個方法還真不好用。



不過還是有辦法,那就是可以用多個不同原理的鐘表組合放在同一個參考系,比如在每一個參考系放置機械鐘表(如鐘擺周期式和齒輪傳動式)、電子表、原子鐘(利用原子躍遷釋放電磁波的共振頻率一定性)等各若干個進行試驗,這樣就排除了鐘的故障和無法驗證的因素(驗證原理就是速度不可能對不同原理的鐘表變慢的效果一樣)。這樣如果每一個參考系的鐘表示數互相都不一樣,而在同一個參考系的所有鐘表(包括各種不同原理的鐘)時間示數卻都一樣,這就能證明運動速度是讓時間變慢了,而非讓鐘表變慢了,進而也證明了時間的存在。目前在宏觀上還只能用這種方法驗證,而不能讓人在飛船上像“雙生子佯謬”那樣試驗,



這是因為:1,沒有亞光速的飛船,低速運動是不容易驗證這種鐘慢效應。2,人不能長時間在太空飛船。速度低,只能像衛星那樣長時間在太空飛行,看積累效應,可人的吃喝拉撒沒法解決。3,即使前兩個問題都解決了,宇航員回到地面胡子拉碴,顯得很蒼老,你照樣可以說,是人在太空中太累了,因而顯得老了,我照樣膛目結舌。幸虧我比較聰明,不用這種方法,而還是采用上面所說的方法。

給大家的好消息就是,科學家們已經用上面的方法證明了衛星上的鐘和地面上的鐘不一樣的原因不是因為鐘的問題,而的確是時間發生了變化。安裝在衛星上的原子鐘的種類很多,精度也越來越高,現在最先進的是激光冷原子鐘,精度可以達到幾億年誤差1秒鐘。



但不論用什么鐘,與地面的鐘表時間差異一直存在,且同一高度衛星時間與地面相差大小是一樣的。

在微觀領域,粒子高速運動的相對論鐘慢尺縮效應比比皆是,比如由質子、氦核、鐵核等裸原子核高能粒子流以及中性伽馬射線和中微子流組成的宇宙射線,科研人員對它們的能量、質量、速度、壽命和距離的研究,必須考慮它們的鐘慢尺縮效應,這都離不開相對論,這都充分證明了時間的存在,由于篇幅的原因,這里不再贅述。總而言之,好多人對相對論的鐘慢尺縮效應的解釋并不信服,歷史上洛倫茲到死就不相信相對論,
盡管狹義相對論中的主要數學工具就是洛倫茲推導的變換式,洛倫茲認為所謂的尺縮是物體實實在在的物理變化,不是時空的相對性,時間參數只是他用來解釋他的電子理論的輔助手段而已,由此可見,連物理大師在剛接觸相對論時都有抵觸,更何況我們普通人呢?但相對論到目前為止被證明是正確的!

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