相对论中,为什么光速航行会导致时间变慢?

首先需要明确一点,相对论所说的速度越快时间越慢是运动参照系相对于静止参照系而言的,但运动参照系中的观察者根本不会觉得自己的时间会过得更慢。至于为什么不同参照系之间的

本文最后更新时间:  2023-02-23 18:22:01

首先需要明确一点,相对论所说的速度越快时间越慢是运动参照系相对于静止参照系而言的,但运动参照系中的观察者根本不会觉得自己的时间会过得更慢。至于为什么不同参照系之间的时间流逝速率存在差异,其根本原因在于光速不变原理。根据这一原理,光的传播速度相对于任何参照系都是相等的。通过一个思想实验,可以推导出钟慢效应或者说时间膨胀效应。

假设有一辆车子以速度v在地面上匀速运动,车内底部有一个光源竖直向上照射。

那么,车内的观察者会测量出光从底部传播到顶部的时间为:

ΔT=d/c

从而可得:

d=c·ΔT

另一方面,静止在地面上的观察者则会观测到光以光速沿着斜线从车内底部传播到顶部。

其运动时间为:

Δt=d'/c

从而可得:

d'=c·Δt

在此期间,车相对于地面的运动距离s为:

s=v·Δt

根据勾股定理可以得到d'、d和s存在如下的关系式:

d^2+s^2=d'^2

从而可得:

(c·ΔT)^2+(v·Δt)^2=(c·Δt)^2

化简可得下式:

根据上式可知,由于v<c,所以1-(v/c)^2<1,故ΔT<Δt,这意味着对于地面观察者来说,车内的时间会过得更慢,并且随着车子的速度趋于光速,车内的时间将会趋于停止。但这只是从地面观察者的角度看来,而对于车内的观察者,无论车子的速度有多么接近光速,时间都不会有任何变化,他们仍然会照常生活,因为车子相对于他们而言是静止的。

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