先說答案:天上衛(wèi)星的時間之所以會變快,是狹義相對論和廣義相對論效應(yīng)共同起作用的結(jié)果。
按照狹義相對論的詮釋,當(dāng)速度達到亞光速,就會出現(xiàn)比較明顯的時間膨脹效應(yīng),也就是速度越快,時間就越慢。衛(wèi)星的速度比地球表面的速度快很多,雖然相比亞光速要慢很多,但不斷積累下來還是比較明顯的。
而根據(jù)廣義相對論,引力越大時間流逝速度就越慢,衛(wèi)星上的引力比地面的引力更小,所以衛(wèi)星上的時間比地面上的時間更快。
把速度效應(yīng)和引力效應(yīng)總合起來計算,最終的結(jié)論就是:衛(wèi)星上的地面比地面時間要快,我們每天使用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)里,衛(wèi)星上的時間要比地球表面時間每天快大約38微秒(一微秒等于百萬分之一秒)。
不要小看這38微秒,認(rèn)為誤差微不足道,但由于導(dǎo)航系統(tǒng)要求非常精確,隨著誤差的不斷累積,誤差就會越來越大,最終導(dǎo)航系統(tǒng)會徹底失效,甚至有可能把我們導(dǎo)航到月球上!
速度和引力為什么會影響時間的快慢呢?時間的本質(zhì)又是什么呢?
簡單講,空間和時間是由物質(zhì)及其運動產(chǎn)生的,而反過來空間和時間又是物質(zhì)和運動的存在方式。運動變化是世界的基本特征,而時間是用來描述物體運動變化的。
時間和空間是不可分割的有機整體,在科學(xué)家閔可夫斯基眼里,時間是一維的,是特殊的空間,與三維空間一起成為“四維時空”,時間和空間不能分割,任何把時間和空間分開討論的行為都沒有意義,它們必須是一起的。
同時,空間不能脫離物質(zhì)而單獨存在,空間其實也是物質(zhì)的一種形式,由于時間和空間是一體的,時間當(dāng)然也是一種物質(zhì)。
狹義相對論和廣義相對論是建立在兩大公設(shè)基礎(chǔ)上提出來的,狹義相對論兩個公設(shè):光速不變原理和相對性原理,廣義相對論兩個公設(shè):等效原理和相對性原理。只要這兩個公設(shè)沒有錯(事實上,公設(shè)本身無所謂對錯,因為公設(shè)就是公理,不需要證明),相對論就不會有錯。
相對論剛提出來時,大多數(shù)人包括科學(xué)界大佬都不認(rèn)同這個顛覆性的理論,比如說洛倫茲,他曾經(jīng)一度非常接近狹義相對論,但由于他不肯放棄絕對時空觀,最終與相對論失之交臂。
雖然狹義相對論中的主要數(shù)學(xué)工具是洛倫茲變換,但洛倫茲認(rèn)為的尺縮效應(yīng)并不是時空的尺縮(相對性),而是物體的物理變化,也就是說,洛倫茲仍舊認(rèn)為時空是絕對不變的!
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