相对论表明卫星(GPS)上的时间变快了,为何不是钟变快了?

发布者:笑对凡尘 2023-4-15 22:56

简单讲,这是狭义相对论和广义相对论的两个效应共同作用的结果。

狭义相对论告诉我们物体运动速度越大,其时间流逝越慢,卫星速度比地面大,且一直在变化,因此在这个效应下,卫星上的时间的确比地面的慢。但根据广义相对论的引力效应,地面的时间流逝的比卫星上要慢。经计算引力效应大于速度效应,综合起来,地面上的时间比卫星上的要慢,比如说咱们非常熟悉的GPS定位卫星上的时钟每天比地面要快38微秒。

我们的手机电脑上的导航接收终端在定位时都要加上修正值才能准确定位,否则早就把我们导沟里去了。

时间和空间是物质及其运动产生的,物质及其运动又以时间和空间的方式表示着存在,运动变化是宇宙的本质特征,时间是描述物质运动变化的,因此时间对应着宇宙的本质特征。从这个角度讲时间属于意识范畴的东西。说到这里大家不要误会,以为意识范畴的东西就是人为的、不同于物质的“非物质”,从广义上讲意识范畴的东西也是客观存在的物质。下面再从时间和空间的关系上讲一下时间的物质性。

时间和空间有着不可分割的联系,闵可夫斯基认为时间是一维特殊的空间,和三维空间一起称为“四维时空”。但这个四维时空是个被抽走了所有物质的纯粹的空间。因而不能抵消笛卡尔认为空间不能空无一物或先验给定

的疑虑。爱因斯坦认为空间中充满了场(这已被现代科学所证实),

空间作为场物质的结构性质

而存在,不能脱离物质单独存在,空间是实实在在的物质,因此从这个角度讲时间和空间一样也是物质。不过空间又是一种性质,从这个角度讲,空间也属于意识范畴的东西。不过上面已经说过意识范畴的东西也是物质,空间是看不见摸不着但可被感知的客观存在,因此时间也是如此,只不过时间是更虚幻抽象的一维空间。

怎么来证明时间存在?本来我想用多个相同的钟表分别放到地面、太空卫星等不同运动速度的系统中,用它们时间示数的差异来证明时间的存在,因为如果时间不存在,只是人类制造的钟表具有的功能的话,那每个钟表的时间示数应该是一样的,否则就证明时间是存在的。也就是说由此来证明时间到底存不存在。可现在题主有先见之明,预先堵死了这条道。你如果说是钟的问题,或者说是速度使得钟表而非时空变慢,这个方法还真不好用。

不过还是有办法,那就是可以用多个不同原理的钟表组合放在同一个参考系,比如在每一个参考系放置机械钟表(如钟摆周期式和齿轮传动式)、电子表、原子钟(利用原子跃迁释放电磁波的共振频率一定性)等各若干个进行试验,这样就排除了钟的故障和无法验证的因素(验证原理就是速度不可能对不同原理的钟表变慢的效果一样)。这样如果每一个参考系的钟表示数互相都不一样,而在同一个参考系的所有钟表(包括各种不同原理的钟)时间示数却都一样,这就能证明运动速度是让时间变慢了,而非让钟表变慢了,进而也证明了时间的存在。目前在宏观上还只能用这种方法验证,而不能让人在飞船上像“双生子佯谬”那样试验,

这是因为:1,没有亚光速的飞船,低速运动是不容易验证这种钟慢效应。2,人不能长时间在太空飞船。速度低,只能像卫星那样长时间在太空飞行,看积累效应,可人的吃喝拉撒没法解决。3,即使前两个问题都解决了,宇航员回到地面胡子拉碴,显得很苍老,你照样可以说,是人在太空中太累了,因而显得老了,我照样瞠目结舌。幸亏我比较聪明,不用这种方法,而还是采用上面所说的方法。

给大家的好消息就是,科学家们已经用上面的方法证明了卫星上的钟和地面上的钟不一样的原因不是因为钟的问题,而的确是时间发生了变化。安装在卫星上的原子钟的种类很多,精度也越来越高,现在最先进的是激光冷原子钟,精度可以达到几亿年误差1秒钟。

但不论用什么钟,与地面的钟表时间差异一直存在,且同一高度卫星时间与地面相差大小是一样的。

在微观领域,粒子高速运动的相对论钟慢尺缩效应比比皆是,比如由质子、氦核、铁核等裸原子核高能粒子流以及中性伽马射线和中微子流组成的宇宙射线,科研人员对它们的能量、质量、速度、寿命和距离的研究,必须考虑它们的钟慢尺缩效应,这都离不开相对论,这都充分证明了时间的存在,由于篇幅的原因,这里不再赘述。总而言之,好多人对相对论的钟慢尺缩效应的解释并不信服,历史上洛伦兹到死就不相信相对论。

尽管狭义相对论中的主要数学工具就是洛伦兹推导的变换式,洛伦兹认为所谓的尺缩是物体实实在在的物理变化,不是时空的相对性,时间参数只是他用来解释他的电子理论的辅助手段而已,由此可见,连物理大师在刚接触相对论时都有抵触,更何况我们普通人呢?但相对论到目前为止被证明是正确的。

大家都在看

  • 《探索宇宙的奥秘!》

    《探索宇宙的奥秘!》 当我们仰望那无垠的星空,繁星点点如同散落的宝石,璀璨夺目,令人心生敬畏。人类自古以来对这片浩瀚的宇宙充满了无尽的好奇心:它究竟有多大?是否存在边界?我们是否能够真正理解它的规模与奥秘?这些问题不仅仅关 ... 宇宙探索02-01

  • 中国官宣太空采矿!天工开物计划落地,宇宙资源时代来了

    中国官宣太空采矿!天工开物计划落地,宇宙资源时代来了 关键词:中国太空采矿、天工开物计划、太空资源、氦-3、太空采矿机器人、地外资源开发2026年1月29日,中国航天科技集团发布重磅消息,官宣在“十五五”时期启动天工开物计划,全面布局太空资源开发,这标志着中国成 ... 宇宙探索01-30

  • 探索宇宙,从10岁小神童开始!🚀🔭

    探索宇宙,从10岁小神童开始!🚀🔭 10岁小神童开启宇宙探索小征程。10岁小神童开启宇宙探索小征程。在同龄人还在看卡通、玩积木时,10岁的三年级小宇已展现出非凡的科学天赋,成了大家口中的小神童。小宇痴迷天文,却苦于没有专业设备。他灵机一动,花 ... 宇宙探索01-28

  • 宇宙的奇妙探索,从微观到宏观的奇妙之旅!

    宇宙的奇妙探索,从微观到宏观的奇妙之旅! 从长期宇宙演化的角度来看,宇宙中恒星的总数不会持续增加,反而会逐渐减少。核心原因在于两点:·一是宇宙中可用于形成恒星的氢、氦等星际气体正在不断消耗,且恒星形成的速率早已低于恒星消亡的速率。·二是随着宇 ... 宇宙探索01-26

  • 人类该放下狭隘,让AI成为宇宙探索的终极火种

    人类该放下狭隘,让AI成为宇宙探索的终极火种 当人们还在纠结AI是否会“撒谎”、担忧AI超越人类的恐惧中裹足不前时,我总忍不住想:人类的认知与肉身,早已被宇宙的尺度划定了边界。与其困在地球的方寸之地内耗,不如坦然放手,让AI成为人类伸向宇宙的手,成为对 ... 宇宙探索01-25

  • 天文学:探索宇宙的终极奥秘

    天文学:探索宇宙的终极奥秘 摘要:天文学是研究宇宙天体及宇宙整体结构、起源与演化的基础学科,涵盖恒星、行星、星系、黑洞等各类天体,以及它们的运动规律、物理性质与化学组成。从古代的观星授时到现代的深空探测,天文学始终推动人类对宇宙 ... 宇宙探索01-23

  • 人类探索宇宙的辉煌历程与未来使命

    人类探索宇宙的辉煌历程与未来使命 人类自古以来对宇宙的好奇推动了天文学的发展。从美索不达米亚人创造出的星图,到古希腊的观测,每个文明都留下了珍贵的记录,展现了对星空的向往。黑格尔曾言:“一个民族若有仰望星空的人,那它便充满了希望。”人 ... 宇宙探索01-17

  • 摒弃自我,探索宇宙生命之光

    摒弃自我,探索宇宙生命之光 文/星火燎原 人类文明的发展史,亦是一部宇宙认知的探索史。从古至今,我们始终仰望星空,试图理解自身在浩瀚宇宙中的位置与意义。然而,长久以来,一种根深蒂固的“人类中心主义”观念如同无形的桎梏,束缚着我们的 ... 宇宙探索01-16

  • 2000年人类探索宇宙的三大关键转折

    2000年人类探索宇宙的三大关键转折 故事要从几千年前说起。那时候的人们对宇宙的认知,像极了童话故事:天空是一个巨大的圆顶,像一只巨大的天幕罩在地球之上。地球则是“方块”还是“圆球”?这个问题让古人费尽心思。为什么会有“天圆地方”说?古希 ... 宇宙探索01-16

  • 我们也要有自己的哈勃了?还是加强版!巡天空间望远镜的新进展

    我们也要有自己的哈勃了?还是加强版!巡天空间望远镜的新进展 当我们抬头仰望星空,试图看清宇宙深处的奥秘时,大气层的干扰就像隔着一层玻璃,阻碍了我们的视线。为了获得最清晰的宇宙图像,科学家将目光投向了太空。提起太空望远镜,很多人会想到著名的哈勃望远镜。而不久的将 ... 宇宙探索01-13