深層解讀相對論“時間膨脹效應(yīng)”：宇宙萬物的速度其實都是光速C

盡管愛因斯坦的相對論已經(jīng)誕生一百多年了，但仍舊有很多人并不了解相對論，尤其是在網(wǎng)絡(luò)上，更是充斥著對相對論的質(zhì)疑，質(zhì)疑本身并沒有錯，但如果在根本不了解相對論的情況下，僅憑個人感覺和愛好就去質(zhì)疑相對論，那就毫無意義了，純屬找存在感而已！

相對論中的“時間膨脹”讓很多人感到困惑：時間不應(yīng)該是絕對的嗎？為何說速度越快，時間就越慢呢？

其實，“時間膨脹效應(yīng)”并不難理解，并不需要什么高深的知識，甚至只需要初中數(shù)學(xué)知識就能夠快速理解。下面就簡單分析一下為何速度會影響時間的快慢！

假設(shè)一輛汽車以速度V行駛，汽車?yán)镉幸粋€人手里拿著手電筒垂直朝上，打開手電筒。由于光速不變原理，無論汽車如何運動，光的速度都是光速。

所以，我們假設(shè)以汽車為參照系時，手電筒的光垂直飛行一段距離用時為t，而以地面為參照系用時為t'。

以汽車為參照系時，光飛行的距離為ct。而以地面為參照系時，距離為ct'，汽車行駛的距離為vt。用畫圖表示出來就很好理解了，如下圖：

從圖中可以看出，汽車參照系下，光飛行的距離更長，相當(dāng)于一條斜線。這里需要注意一點：僅僅是在地面參照系下ct才相當(dāng)于一條斜線，并不是說在地面參照系下手電筒的光是斜著向上飛的，實際上仍舊是垂直向上飛行的。

這樣，我們利用勾股定律，很容易就能得到下面的計算公式：

結(jié)果也就表明：以汽車為參照系經(jīng)歷的時間t，與在地球為參照系經(jīng)歷的時間t'并不一樣，由于v永遠(yuǎn)只能小于c，所以t'永遠(yuǎn)小于t，這也就是時間膨脹，地面上的人會看到汽車?yán)锏娜说臅r間變慢了，好像慢動作一樣。當(dāng)然，由于地面上的速度都遠(yuǎn)小于光速，v遠(yuǎn)小于c，所以，時間膨脹效應(yīng)可以忽略不計，我們不可能直觀地感受到時間變慢了！

這也是為什么會有著名的“雙生子佯謬”：一對雙胞胎兄弟，弟弟留在地球上，哥哥以亞光速乘坐飛船離開地球，若干年后哥哥再次返回地球，會發(fā)現(xiàn)弟弟早已白發(fā)蒼蒼而自己仍舊很年輕，因為哥哥乘坐亞光速飛船，他的時間變慢了！

不過，如果哥哥永遠(yuǎn)不返回地球，他就不會直觀地感受到時間膨脹效應(yīng)，“時間膨脹”對于哥哥弟弟來說就毫無意義了。如果哥哥和弟弟都能看到對方，哥哥會發(fā)現(xiàn)弟弟的時間變慢了，弟弟也會發(fā)現(xiàn)哥哥的時間變慢了！

那么到底誰的時間變慢了？

哥哥和弟弟都沒錯，因為他們站在兩個完全不同的參照系得出的結(jié)論，兩者的比較就失去了意義。而只有哥哥和弟弟重新來到同一參照系下（比如哥哥返回到地球），時間流逝的速度快慢才有意義。結(jié)果還是哥哥的時間變慢了，因為哥哥經(jīng)歷了加速和減速過程，而弟弟沒有（這里就不詳述了，從狹義相對論分析有點復(fù)雜，廣義相對論就很容易理解）。

到了這里，你或許應(yīng)該明白了，原來時間和速度兩個看起來毫不相干的東西，竟然有如此密切的聯(lián)系，我們可以簡單這樣說：時間，因光速而存在！

如何理解這句話？

宇宙萬物都在不停地運動中，而運動其實就是位置的變化，也就是速度，而這只是宏觀的表現(xiàn)。從微觀層面來講，萬物都是由微觀粒子構(gòu)成的，位置的變化其實也是微觀粒子狀態(tài)的改變，而時間恰恰就是用來描述狀態(tài)變化快慢的物理量。

還有很重要的一點：何為快慢？在我們?nèi)粘Ｉ钪校旌吐ㄋ俣龋┍仨氂幸粋€參照系，否則就無法衡量速度的快慢。但只有一個例外，那就是光速。

光速不需要任何參照系，或者說光速在任何參照系下都是光速。光速就像一把宇宙標(biāo)尺，可以用來衡量其他速度的快慢。光速就是大自然的內(nèi)在固有秉性。在真空中的光速，只與真空的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)有關(guān)，其他任何東西都不會影響光速。

說到這里，需要延伸一下，看看你是否真的了解“時間膨脹效應(yīng)”！

時間膨脹效應(yīng)（鐘慢效應(yīng)）其實暗示了一個非常驚人的事實：宇宙中的萬事萬物在時空中的運動速度其實都是光速！

是不是有點懵逼？

愛因斯坦的狹義相對論表明物體的速度不可能超越光速，這不明顯違反相對論了嗎？

確實很違反我們的直覺，但關(guān)鍵點就在于“時空”兩字。我們平時所說的速度都是空間里的概念，說白了都是空間里的位移（距離）除以時間，得到的結(jié)果就是速度，這種速度當(dāng)然不可能超越光速。

但是在時空里（四維時空）一切都大不一樣，時空和空間雖然只有一字之差，但結(jié)果有本質(zhì)的區(qū)別。

時空，包括三維空間坐標(biāo)和時間坐標(biāo)，在狹義相對論中，空間和時間坐標(biāo)是平等的。

舉個最簡單的例子，每當(dāng)夜深人靜，你躺在床上熟睡中，一動不動，在三維空間里，你肯定是靜止的，你的速度為零（相對地球）。但在四維時空里則完全不同，雖然你空間的坐標(biāo)沒有動，但你的時間坐標(biāo)一直在流動，一直在向前飛逝，你的時間維度的速度就是光速。

在四維時空里，我們講的是事件，從一個事件到另一個事件，你的位移是四維位移，而不是三維空間位移。

明白這點，相信你肯定會有點感覺了。即使你呆在一個地方一動不動，但你在時間維度上仍舊有速度，這個速度就是光速。

而一旦你在空間上有速度（比如你不再一動不動，而是跑起來），這個空間上的速度會帶來什么結(jié)果呢？

相信有人肯定想到了，對了，空間上的速度會帶來“時間膨脹效應(yīng)”（鐘慢效應(yīng)）！

言外之意，如果你在空間上有速度之后，你的時間就開始變慢了，你的空間速度越快，時間就變得越慢。通俗地講，當(dāng)你在空間維度上有速度時，時間維度的速度就會變慢！

如果你空間上的速度達到光速，時間維度的速度就會變?yōu)榱悖簿褪俏覀兺ǔＫf的“時間靜止”了！

再往深了挖掘，其實就相當(dāng)于把光速C分解為時間和空間兩個速度，無論時間和空間的速度如何改變，它們的“總和”（也就是光速）不會改變。就像一個直角三角形那樣，斜邊是光速C，兩個直角邊分別是時間和空間的速度！

這也說明了一點：靜止的你時間流逝速度會更快，也就是說會老得更快，運動起來會讓時間流逝速度變慢！不過由于不管我們?nèi)绾芜\動，我們的速度相對光速都太慢了，所以“時間膨脹效應(yīng)”完全可以忽略不計。