为什么引力越大时间越慢,时间不应该是客观而不是主观的吗?
这个问题可以分成两个问题来回答。一个是为什么引力越大时间越慢?另外一个是时间到底是客观还是主观的?
先说时间到底是客观的还是主观的?严格来说,人类所有的客观认知都是主观的。这个世界上没有绝对的客观。一切认知无非是立场不同。
你或许认为身边的桌子总该是实实在在的吧,但桌子的概念也因人而异。如果继续问这个桌子是由什么构成的,你可以层层推进得出它是原子构成的结论,甚至是一堆夸克与电子,但夸克与电子又是什么构成?目前的科学就没办法回答了。
弦理论认为是一根根的弦,但这种无法被检验的描述。对大多数人来说,这更像一种主观认知。也就是说任何事物只要追根溯源,我们对于它的主客观的界定会变得越来越模糊。或者说,客观认知可能只存在于宏观世界,微观世界我们无法经验也就无法界定。
时间的概念很难界定主观和客观,其根本原因就在于“时间为何物?”是探究宇宙的一个根源问题,没有人能给出一个简洁有力的客观定义。
从日常角度来理解,为何我们需要时间?我们知道,要定位一个物体的位置需要三个空间坐标,但在实际生活中,我们需要描述的不仅是物体的位置,而是要描述或者记录许许多多的事件。为了描述一个整体的事件就必须要引入第4个坐标,也就是时间坐标。
没有它,我们就无法完整叙事、计划人生、安排工作……在爱因斯坦之前,我们一直认为时间这把尺是绝对刚性的、不变的,它与空间可以分割、独立。
然而有运动变化,时间才有实际应用的意义,而运动又需要空间这个舞台,所以时间就不可能完全脱离和独立于空间,时间与空间必然结合在一起,形成一个时空的客体。
单独谈时间没有意义,时间与空间组合在一起才能描述这个宇宙。时间只是时空的一面,而时空也不能独立于物质单独存在,物质又无时无刻不在运动,运动需要时间来描述。它们之间就形成了一种难以溯源的依存关系。
如何判定,决定于你以何为源点,而我们没有理由认为一个人的立场一定比别人更优越。
闵可夫斯基时空图爱因斯坦的老师闵可夫斯基提出了一种时空图概念来描述这个世界,每一个事件都可以做成一个时空光锥。
上图为池塘表面上散开涟漪的时空图,扩展的水波在空间与时间方向上运动画出一个圆锥。
以任何一个事件P点出发的光画出的光锥。上方是未来光锥,光锥内是以事件P点为原点可能引发的所有未来;下方是过去光锥,光锥内的所有事件集合就是P的过去。
因为相对论限定了任何物质的速度无法超过光速,所以最大光锥面代表了光的运行轨迹。可以说一切命运尽在光锥之内。物理学研究的也不过光锥内的世界,而光锥外则是人类的不可知及不可测。
不过这些概念与时间概念一样,只是我们用来认知世界的一种思想工具而已。
所以客观的来说,时间是不存在的,但时间概念是存在的,而爱因斯坦把时间概念与空间概念合并成为了时空概念。
再说引力越大时间越慢,是怎么回事?爱因斯坦革命性的思想,表明引力不像其他的力,它只不过是时空并不平坦这一事实的结果。
时空扭曲的原因正是时空中的质能分布,天体并非是由于引力导致它们在弯曲的轨道上运动,它们实则一直在以直线运动,只是时空被弯曲而已,而为了区别我们日常认知中的直线,我们将这种在扭曲时空中的直线轨迹称为测地线。
也就是说,在广义相对论中,天体总是沿着四维时空的直线运动,但在三维空间中,我们看见它们是在转圈。这就像飞机的飞行航线一样,飞机在三维空间中沿直线飞行,但在地面上投影的航线却是弯曲的。
时空的形变导致了时间流速的变化。如果非要把时间拎出来说,在像地球这样的大质量物体附近,时间之所以流速更慢,是因为光的能量和它的频率有一种关系:能量越大,频率越高。
当光从地球引力场经过,它会失去一部分能量,而使得频率下降,这表明两个相邻波峰之间的时间间隔变大了。在高空的人会看见,地面上发生的每一件事似乎都变得迟缓了一点。
1962年,人们就曾在一个水塔顶端和底部分别放了两个非常准确的钟来验证这个预言,发现底部的钟确实走得更慢。而且现在以卫星信号为基础的GPS导航系统也证明了这一点,如果我们无视广义相对论,那我们的定位系统将差之毫厘谬以千里。
总结说到时间,有时大家还喜欢谈论其起源与终结,这涉及宇宙的诞生与末日。事实上,没有空间与时间概念就不能谈论宇宙的事件,在宇宙之外讲时间与空间也没有任何意义。
现在的时间与空间被认为是每个目标物体的动力量,万物根据它的位置与运动状态而具有自己唯一的时间流速。
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当你说,引力越大时间越慢时,首先要弄清楚,一,时间是怎么测量出来的?二,时间的变化又是怎么测量出来的?
时间测量,还不简单,不就是用时钟来测量吗?我再补充一句,物理学上的标准时钟,被物理学家们规定为一个特定的铯原子的周期性振动(辐射),这个铯原子在给定的次数内的振动所持续的时间,就是1秒。
现在讨论第二个问题,请问,时间变慢是指这个标准时钟的走时变慢了吗?如果这个标准时钟的走时变慢了,请问,怎么测量?你有一个比这个标准时钟更精确的时钟?谁承认你这个时钟更标准?假设你说服了大家,所有人都承认你手上这个时钟是世界上最标准的时钟,只有你这个时钟测量出的时间才是世界上最标准的时间,那么请问,原来的那个时钟,那个原来作为标准,现在大家又不承认是标准的铯原子钟,所测量出的时间,还能是标准的时间吗?它的变慢,还能被说成是时间变慢了吗?对于这个现在大家新公认的标准时钟,它会变慢吗?如果会,又是以谁为标准测量出来的?如果会,它还能是标准时钟吗?它的变慢还能是时间变慢吗?
你说,引力场中的时间变慢,是相对于无引力场中的时间而言的。这实际上是说,你用一个无引力场中的标准时钟,作为你测量的标准,去测量位于引力场中的另一个标准时钟,发现引力场中的那个标准时钟变慢了。不讨论你具体是怎么进行测量的,假设你确实有办法不用把A钟拿到引力场中,就能测量出引力场中的B钟变慢了,也就是说,A钟也能用于引力场中的时间测量,你为什么不把A钟也作为引力场中的标准时钟,不把A钟的走时,作为引力场中的标准时间呢?这样,引力场的区域和非引力场的区域,就有了一个统一的标准时间,这不更方便吗?
你可能会这样说,尽管引力场和非引力场可以有一个统一的标准时间,但引力场中的所有的物质运动变化过程都变慢了,我们把它说成是引力场中的时间变慢了,有何不可?且慢,我们现在能够肯定的只是,也就是我们现在实际测量到的只是,引力场中的那个时钟B,它的走时过程,它的运动过程变慢了,至于其它的物质运动变化过程,是不是也变慢了,也与时钟B同步的变慢了,还不能肯定,这需要对所有其它的物质运动变化过程进行实际测量才能确定。
即使引力场中的所有物质运动变化过程,与时钟B同步的变慢了,那也只是物质运动变化过程的变慢,不是标准时间的变慢,而且,引力场中的物质运动变化过程的变慢,是以一个恒定不变的标准时钟,在引力场中也恒定不变的标准时钟,即A钟,为测量的标准,所测量出来的。如果把引力场中的物质运动变化过程的变慢说成是时间变慢,那就等于混淆了物质运动变化过程的测量结果,和测量时所依据的标准,就会产生严重的逻辑混乱,例如,时间就可以弯曲,你就可以回到从前,杀死从前的你。
引力场使物质运动变化过程变慢,如同引力场使运动的物体加速或减速一样,是引力场对物质运动变化过程的影响,不是时间变慢,而且,引力场中的物质运动变化过程的变慢,正是以一个恒定不变的标准时钟,在引力场中也恒定不变的标准时钟,为测量的标准,所测量出来的。