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時間是相對的還是絕對的

2024-10-11 00:00:00許秀華
科學大眾·小諾貝爾 2024年9期

酬樂天揚州初逢席上見贈

〔唐〕劉禹錫

巴山楚水凄涼地,二十三年棄置身。

懷舊空吟聞笛賦,到鄉(xiāng)翻似爛柯人。

沉舟側畔千帆過,病樹前頭萬木春。

今日聽君歌一曲,暫憑杯酒長精神。

唐代詩人劉禹錫仕途失意,被貶到當時經(jīng)濟發(fā)展較落后的四川,凄涼地在巴山楚水空耗了23 年光陰。叱咤風云的往昔,只能靠在酒席上吟誦過去的詞賦加以緬懷。然而,京都的今夕,恐怕早已物是人非,甚至連物都不再是往日的光景。就這么消沉下去嗎?那樣,就真的被政敵徹底打敗了。

你看,那長江上,沉船旁邊依舊有千千萬萬的帆船經(jīng)過;你看,那森林里,枯死樹木的前面,萬千樹木正欣欣向榮。在好友白居易的鼓勵下,劉禹錫決定收拾好心情,以一杯酒感謝好友的勉勵,從此振奮精神,開始不一樣的人生。

劉禹錫真的做到了嗎?如果有時光機,我真想坐上,穿越回去看看!

在中國古代傳說里,就有時光機的故事了,這首詩中的“到鄉(xiāng)翻似爛柯人”就是一例:晉代一個叫王質(zhì)的圍棋愛好者,一日進山砍柴,路遇兩個小孩下棋。他駐足一看,原來竟是高手博弈。一直看到棋局終了,王質(zhì)才想起砍柴任務。然而,他卻發(fā)現(xiàn)手中斧頭的木柄已經(jīng)腐爛,只得提起斧頭下山回家。到村子里,他才發(fā)現(xiàn),一百年已經(jīng)過去了,他的親朋好友均已壽終正寢。

誰更年輕

法國物理學家朗之萬曾經(jīng)在1911 年提出了一個叫“雙生子佯謬”的思想實驗:一對雙胞胎兄弟,哥哥要以亞光速(亞光速介于90% 光速與光速之間)離開地球在宇宙中旅行,而弟弟則留在地球上。一段時間后,哥哥返回地球,哥哥和弟弟誰更年輕?

朗之萬的本意是要拿雙生子佯謬質(zhì)疑“運動物體存在時間膨脹效應”,這是愛因斯坦狹義相對論中的一個推論,描述的是當物體以接近光速運動時,時間會膨脹,也就是時鐘會變慢。

朗之萬的推理是:按照狹義相對論中的“時間膨脹效應”或者“鐘慢效應”來詮釋,哥哥應該更年輕。因為速度越快,時間就越慢。哥哥以亞光速飛行,時間自然就會變慢。然而,由于速度是相對的,從哥哥的角度看,弟弟同樣在亞光速飛行。那么,弟弟的時間也會變慢,因此弟弟更年輕。在兄弟倆的眼中,都是對方更年輕。這看起來是荒謬的,所以朗之萬將這個思想實驗加以“佯謬”兩個字。實際上,真的這樣荒謬嗎?

愛因斯坦的回答是:哥哥更年輕。因為哥哥在宇宙中以亞光速旅行,時間流逝得更慢。在哥哥旅行返回時,地球上的弟弟經(jīng)歷了更多的時間流逝,顯得更老一些。

最后的論證結果,今天大家都知道了,愛因斯坦是正確的。這個論證需要很多復雜的物理和數(shù)學知識,感興趣的同學們也許在未來的求學過程中,自己就能做出很好的論證。

時間不是永恒的、絕對的

雙生子佯謬給我們最大的啟示就是時間不再是絕對的。之前,我們認為時間是絕對的,是因為我們所在的地球近似慣性參照系。慣性參照系是指靜止或者勻速直線運動的特定空間。所有的慣性參照系都是等價的。因此,當我們從一個慣性參照系到另一個慣性參照系的時候,時間不會發(fā)生變化,這就讓我們誤以為時間是永恒的、絕對的。慣性參照系也是牛頓的“運動三定律”成立的前提。

而在雙生子佯謬中,以亞光速旅行的哥哥則是在非慣性參照系中運動。當我們從地球這個近似的慣性參照系去觀察哥哥的運動時,時間不再是永恒的、絕對的,而是隨著哥哥的亞光速運動,流逝得更慢。于是,哥哥的生理活動由于處在非慣性參照系中,采用變慢的時間,其衰老過程變慢了,所以顯得更年輕。

“天上一日,人間一年”,大概就是對時間絕對性的原始挑戰(zhàn)吧!

(責任編輯:陸艷)

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