阿福
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阿福 發問時間: 科學其他:科學 · 2 0 年前

請問為什麼加速度狀態中,會有時間膨脹與長度縮短的現象?

請問為什麼加速度狀態(重力場)中,

會有時間膨脹與長度縮短的現象?

這是我研讀廣義相對論裡,我的第一個疑點.

3 個解答

評分
  • 匿名使用者
    2 0 年前
    最佳解答

    根據狹義相對論:有相對運動的座標系統之間,看對方的時間過得比自己慢,看對方的運動方向長度比自己短,這在ㄧ般的相對論書籍中皆有論及。

    依據等效原理:重力狀態與加速度狀態等效,都是不同座標系統的相對運動狀態,是以可以狹義相對論加以解釋。

    2006-02-15 20:31:05 補充:

    等效原理是廣義相對論重要的論述之一,又,若時間軸與長度軸是同等效力的座標軸,則在物體附近的時空扭曲,時間膨脹也就想當然爾。

  • 2 0 年前

    在廣義相對論之前1905 年 Albert Einstein 發表了 special theory of relativity,說明有關觀測者與物體彼此間有相對速度時的情形

    相對論也就是說,只要你做直線等速運動,那麼你所經驗到的物理定律和任何做等速直線的人所經驗到的都一樣

    也就是說,即使你以 95% 光速的速度前進,所量到的光的速度,會和站在路邊量到的一樣

    基於狹義相對論,觀察到的現象(經過無數實驗證實):相對於靜止的物體,運動中的物體在運動方向的長度會縮小、質量會變大、時間會變慢。

      我們都知道我們是活在三度空間的世界,所謂的三度空間就是我們居住的立體世界,假若再加上時間,便是一個擁有四度(或四維)時空的世界。這種我們一般所認知的空間與時間的概念又稱為歐幾里德時空。在過去,人類一直以為空間和時間是截然不同的觀念,直至愛恩斯坦發表了狹義相對論,我們才赫然發現原來時間和空間是一個密不可分的時空連續體spacetime continuum。

    一件事件發生的地點和時間,對以不同速度移動的人(或者說不同參考系( Frames of Reference ) ) 來說是不同的。例如在一艘太空船中間向船頭和船尾同時各發射一束光線 ,對太空船內的人來說,這兩束光線當然會同一時間到達,但對一個在地球上的觀察者看來,由於太空船正向前移動,當然是向船尾的光線會首先到達。換句話說,對一個參考系的觀測者來說是「同時發生」的事,對其他參考系的觀測者來說卻「並不是同時發生」!

    在狹義相對論之後,愛因斯坦發表了廣義相對論,更進一步地指出,原來我們一直認為不變和絕對的時空,竟然可以像「橡皮膠」一樣扭曲、拉長、壓扁、甚至刺一個洞。  

    1915年,愛因斯坦發表「廣義相對論」,闡述重力(就是牛頓所提的「萬有引力」)的本質是導因於物質的分布而彎曲了鄰近的時間─空間結構。當另一物質在此凹陷彎曲的時空結構中運行時,它的行進行為、路徑正如被凹陷彎曲時空中的物質吸引般的偏折,甚至陷入其中。換言之,宇宙中像星體般的巨大質量,附近空間會形成巨大彎曲,當鄰近的物質接近而陷進彎曲的空間時,正可以解釋為什麼有一種稱為重力的力量會吸引鄰近的物質。物體在外太空中前進,除非進入行星或恒星的重力場所形成的時空彎曲範圍內,否則它將永遠循直線運行。物體以高速前進時,若受重力場影響,將會偏離原路徑。當物體以低速接近此星體時,將會被牽引成橢圓軌道而繞此星球運行。更慢的物體靠近時,則可能會直接撞擊這星體。

    廣義相對論最重要的是導出引力其實是時空的扭曲。為何有地球有地心吸力?牛頓會告訴我們是因為地球有一股引力至地球發出,吸引其他物件。可是愛恩斯坦的廣義相對論指出這個宇宙其實是由時空構成,大質量或大能量的物體會把其附近的時空扭曲,這些扭曲的時空會形成引力場,又要具體一點解釋,我們可以設想宇宙是一塊很大很平的橡膠,一些有質量的物體,如一個鉛球放上這塊橡膠會導致橡膠凹下去少許,這個凹下去的部份就是該鉛球的引力場,當然引力場大小(即引力的強弱)取決於該物體的質量。也就是說,質量會扭曲其附近的時空,質量越大,影響越明顯。

    廣義相對論的一個實際應用便是重力透鏡(gravatational lens effect)。其實我們白天見到的星和晚上見到的星的位置是有點不同,在白天的時候,星光要經過太陽才可到達地球,逢是有質量的物體都會有一個引力場,白天的星光通過太陽的引力場會被偏折,而我們會見到星與星的距離比較遠,這個現象叫重力透鏡效應。

    一群科學家在1916年一次日食的前夕,拍攝了一組夜晚的群星相片,次日在逢日全食的時候,在同一地又拍攝這組群星相片。比較之下正如愛因斯坦廣義相對論的假想實驗之預測,發現第二張照片的星星位置已經移動了。也就是說,原本以為日食時無法見到當時太陽後面所掩住的星光,但照片所呈現日食當時仍觀測到了這顆星星,照片上顯示觀測當時星星有偏離原來位置的現象,驗證了「時空是隨著物質的分布而彎曲」的論點。換言之,從重力能使光的行進路徑產生偏折的觀測中,知道物質附近的時間─空間結構是彎曲的。

    參考資料: 知識+
  • 2 0 年前

    請先研讀狹義相對論,裡面會有解答,不要還不會走,就先學跑

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