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時間,原來是這樣

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讓我們做一個實驗。

 

在一個電梯裏,從底部裝一個光源,在頂部裝一個光源感知器,假設光的速度恆定為C(約每秒30萬公里),那麼從光源發射到接收到,就可以用來衡量時間。譬如假設電梯高3公尺,那麼光線從底部到頂部就是3/300,000,000=10*10^~9 (10奈秒)

 

那如果電梯往光源發射的方向以加速度進行,那觀測到的時間還是10奈秒嗎?不是的。

 

當光源開始發射之後,光源接受器的相對位置因為加速度的關係又向前移動了一些,所以在10奈秒時,光還在電梯中尚未到達光源接受器。在有加速度的電梯裏,觀察到的時間是更緩慢的10+ Δt(在這個實驗裏,Δt是一個很小的數字)

 

從這裡可以推斷出,加速度愈大,測量到的時間愈慢。重力是加速度另一個表徵,所以重力愈大的地方,測量到的時間愈緩慢。

 

宇宙中的黑洞就是重力極大的地方,大到光線都被吸收而出不來所以形成黑洞,因此依照理論,黑洞裏的時間應該是過得極為緩慢的。

 

在科幻電影《星際效應》中,太空人降落到黑洞附近公轉的行星,在行星上只待了幾小時,結果回到母艦時發現時間已經過了23年了,這個情節就是已經考慮到了物理的理論,行星受到黑洞的影響,其超強的重力(加速度)使得行星上觀測到的時間過得非常緩慢了。(畢竟是電影,在那麽強的重力下,太空人和航艦應該早就壓碎了吧!)

 

我們用的GPS(global positioning system),原則上是用天空上三個衞星來測定我們在地球上的位置,但是由於衞星在不同的高度,因為重力的關係,『…..比起因「高速移動」而產生的時間延遲,「位於高處」對時間行進的影響更大,結果便是在高處的時間流逝比在地上更快。* (飛得愈高的衞星重力愈小時間過得愈快因此必須有第4個衞星來調較不同高度衞星間原子鐘的時間差,把GPS的誤差縮小到可以接受的範圍。

 

在我們生活的世界,加速度有限,Δt一般很小,所以一切感覺良好,依然可以過著幸福快樂的日子。然而我們時時使用的GPS,尤其是爬山離線地圖的應用,Δt的調整則往往是性命攸關的呢!大家要理解才好。

 

*:《時間,原來是這樣》,松浦壯 著,陳彩華 

 

2022/2/1 時間,原來是這樣 Damakey

 

 

 

 

 

 

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