分享

为什么引力越大时间越慢,时间不应该是客观的吗?看后大吃一惊!

 成靖 2023-05-06 发布于辽宁

2023-05-05 15:09·宇宙探索

引力大时间走得越慢,按照广义相对论来解释的话比较形象,因为引力是时空的几何。引力大小本质上就是说时空的扭曲度(曲率、密度)的大小。时空的曲率和密度如何影响时间的流逝,我们后面详细来说。

至于时间是否应该是客观的或者主观的,我必须说,不要犯二元对立主义的认识错误。不要认为主观的东西和客观的东西只能非黑即白,因为人的一切认识都是主观和客观的混合物。


为什么引力越大时间越慢?

引力的本质是时空的几何,广义相对论的这种理解形象地解释了引力的一些性质(但请注意理论只是一种认识方式,永远不能替代真相),这简化了理解的难度,让引力这种抽象的东西变得形象。简而言之,引力是时空“形变”的结果。这种形变从某种意义上讲可以类比我们日常可见的一些物体形变的现象,但不能完全等同,因为时空是四维的,而我们看到的物体是三维的。

四维的时空是个什么情况呢,个人总结了一下关于此问题的认知供大家参考:

  1. 运动是时间流逝的本质体现和度量,没有运动就没有时间,或者,
  2. 反过来说,没有时间也就没有运动,但是,
  3. 没有绝对的运动,只有相对运动,因此,
  4. 时间的流逝也是相对的,但是,
  5. 即便你相对某物体不动,你的时间还是在流逝,而且
  6. 时间轴的方向指向质量因引力“塌缩”的方向(黑洞就是比较明显的例子),因为,
  7. 你实际上仍然在以光速在时间轴的方向上运动,这或许是我们宇宙的本质,或者因为,
  8. 宇宙中一定有某物体(或物质)与你的相对速度趋近但不大于光速(例如光子),所以你相对任何物体的速度不会超过光速。


相对性很可能是运动的基本属性,没有相对,也就没有运动,这是定义运动绕不过的特征。而时间是由运动来表征的,到现在为止所有的物理现象都无法割裂运动与时间的关系。因此时间似乎与运动的本质是一体的,也就是说时间的相对性与运动相对性实际上是一个东西,甚至时间跟运动都源自同一个物理事实。于是,我们的时空当中的现象就是在彼此参照的情况下相互作用的。

上图:“难懂的”时空间隔不变性提出,运动实际上是时空的跨度(虽然教科书上说运动是空间距离与时间之比)。如果宇宙真的是四维时空,那么一切物体运动初末状态相同时,无论是采取何种运动方式,经历的时空间隔应该是相同的。一对双胞胎同时出发不管他们怎么运动,最后回到原地,他们的“时空间隔”是相同的,但是可能一个双胞胎走的空间距离多一些,相对另一个走的时间距离就会必然多一些,所以一个老得快一些,因为它运动的空间距离少。


任何物体跟光也可以做同样的思考。一秒之内,光运动了三十万公里,而我们可能只走了三公里,那显然我们就只有比光老得快才能确保我们的时空间隔是一样的(我们和光都在时空中走过了相同的时空间隔)。


还可以换一个角度来看光与运动的关系。如果我们把光认为是静止的,即光实际上是固定在时空的网格上的,那么我们可发现实际上发现我们和一切物质是在以接近光速的速度在时空中朝着时空的中心“塌缩”的:宇宙并没有膨胀,而是宇宙中的物质在无止境地塌缩——这种情况和黑洞内部的情况有多么相似!我们会觉得整个宇宙都被强大的引力吸引着向一个“奇点”塌缩。

上图:宇宙就像是一张皱巴巴的布料。我们地球所在的区域太小,看起来就像是很平坦的,但放到全宇宙的大尺度上,宇宙非常地扭曲。扭曲得厉害的地方就是物质聚集得多的地方。


所以实际上,引力与时空的运动模式密切相关,下面举几个象征性的例子:

黑洞附近所谓强大的引力,不过是黑洞附近时空在向黑洞中心“塌缩”,让我们感觉像是某种力,但时空只是在黑洞当中更“顺畅”地流淌着而已。

同样太阳附近的引力(牵引着八大行星和无数其它小天体),不过是太阳附近的时空在向太阳的中心“塌缩”,只是由于各个行星向外运动与塌缩的速度相平衡所以导致了行星具备了相对稳定的轨道。动能与时空势能(引力)的平衡是形成天体轨道的基本原理。而传统物理学用“离(向)心力”来解释轨道的稳定性并不恰当。

地球的质量导致的引力(或者时空扭曲)无法破坏构成岩石、海洋和大气这些物质之间相互的电磁斥力,因此使得这些物质相互挤压堆积构成了地球的实体。否则所有这些物质(如果没有反向的运动速度的话)都将继续像黑洞一样塌缩着“运动”下去,直到永远。

任何相对运动,都会对抗上述“塌缩”的趋势,从而使时间的流逝“相对”于“没有运动的那个物体”减慢。这是狭义相对论中所述的事件膨胀效应的根本原因。

而在“引力场”强的地方,就是时空“塌缩”更厉害的地方,也就是说时空更密集。因此在时空密集的地方呆1天,实际上就相当于在时空稀疏的地方呆

1天,我们随身带的度量时间的工具和我们自己一样对这种时空密度的差异并不知晓,也无法知晓,如果不通过运动跟参照对象进行“比较”的话(不管是用发出的光来对比还是亲自跑过去比较)。这就是广义相对论所述的引力时间膨胀的根本原因。


引力场中时间随引力变大而变慢,这是时空度规密度增加的一种表象,当然也跟我们度量时间的方式有关系。作为物质构成的我们,在时空密度增加的时候并不会相应缩小,所以导致我们所占的时空相对时空刻度变大了,同理我们度量时间的工具也变大了,于是我们自身无法发现时空膨胀了。但远处的人则不然,他们用他们的度量工具来度量我们的时间和空间都应该变大。在空间上的变大只能体现为“引力红移”现象,在时间上则体现为“引力时间膨胀”。

时间是客观还是主观?

前面已经说了,这并非是一个非黑即白的问题,而且这种“说不清楚”也并不局限于人类主观心理认知和宇宙物理客观存在这两个领域之一,无论从物理还是心理,都无法简单用客观还是主观来给时间定性。二元论是人类给自己加上的一种思维陷阱。难道就不能存在某种既主观又客观的东西吗?难怪很多人都很难理解“波粒二象性”或者量子的不确定性。


  • 从物理客观来说:

在闵可夫斯基时空中,时间也是“主观”的,或更确切地说,每个物质粒子/参考系的时间都不同。时间总是以观察者的坐标来度量的。在闵可夫斯基之前,人们以为每个人的时间都是相同的,但是现在我们知道,观察者的最轻微的运动都会破坏其他观察者的同步性。每个公共汽车司机的时间都过得比监狱里面的囚犯慢,因为司机不时在移动,即使这两者之间的差异是不可察觉的。这种时间差异是实实在在存在的,会直接导致双胞胎在不同的时空当中旅行之后年纪不同。运动的历史是时间不同的根本原因。除非两个物体之间没有相对运动,也就是说相对静止,那么任意两个物体之间的时间都不可能绝对同步。(相对)静止等同于(相对)时间的静止,这完全符合时间的原理和哲学。

  • 从主观心理来说:

时间是我们的神经系统通过各种感知推断出来的一种认知。人类大脑对于时间的认知会随着神经系统的状态以及心理状态而改变,诸如年纪、情绪等等,诸如:

  • 小孩子会觉得时间过慢,而成年人会觉得时间过得快。这实际上跟小孩子与成年人大脑的运作方式不同有关。小孩子对世界的体验的很多细节都记忆犹新,而成年人会忽略掉很多不必要的信息,专注于个别的记忆,因此记忆丰度成为了支撑时间感知的素材。
  • 人专注的时候,时间过得快;三心二意的时候时间过得慢。人的注意力过于集中的时候时间就会被感觉得过得快,而人无聊的时候总是抱怨时间为什么不快点走。这个估计大家都有体会吧!
  • 记忆可能是决定时间感知的重要因素,而人类的记忆也有很多层,大体有瞬时的,短期的,长期的,三种。这三种记忆给人的时间感是不同的,因而也会给我们带来不小的困扰。大量瞬时的、短期的记忆会仍然觉得事件过得慢,而大量的长期记忆则会让人觉得事件过得“太快”(回忆往事的时候总要加一句“时间过得真快”云云)。

总结

  • 时间在时空扭曲厉害的地方相对于时空扭曲不厉害的地方会变慢。
  • 二元论会阻碍我们的思考,世界并非非黑即白。
  • 时间无论从物理还是心理,都是既主观又客观的。
举报
评论 6
  • 这篇讲的比较好!!!

    ·9小时前
  • 时间的本质是物质状态的变化,微观来说就是物质微观粒子的运动,并产生的状态的变化(大小,密度,位置,能量,动量等等),只要产生一次状态变化就对应一份时间,没有变化,就没有时间,那么巨大的引力会让看到的变化变慢,微观粒子变得不怎么运动,黑洞巨大的引力使得他的所有组成物质都失去了原来的物理性质,变得死寂而不动,没有变化,时间自然就变慢了甚至停止了

    ·10小时前

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多