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上一主题:温故而知新,给“相对论”解毒。 下一主题:新宇宙概论之五:光结构论(初稿)
还是问那个古老的问题:“谁年轻”?
[楼主] 作者:和满  发表时间:2003/07/22 11:07
点击:246次

    说来惭愧, 这个基本的古老问题,我越想越想不清楚。我们从头开始,一步一步讨论,好吗?

     第一步 :飞船飞离地球,再飞回地球,谁的时间慢了?

     1根据相对论 ,谁的时间慢了?为什么不是另一个慢?

     2事实上 ,谁的时间慢了?为什么不是另一个慢?

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 [2楼]  作者:刘久明  发表时间: 2003/07/22 13:30 

回复:和满先生的话题确实古老,但一直没有统一。

此问题在这里的多数人中都已经有了比较统一的认识。

“飞船飞离地球,再飞回地球,谁的时间慢了”

飞船离开地球,再飞会地球,如果它确实能飞回来的话,那么在由三维空间与时间组成的四维坐标系统中,他们分别有原来的一个点,分开成两个点,最后有合并成一个点。即在开始和结束时时间完全处在相同的坐标轴上,两物体经过的时间相同,不存在谁的时间变慢的问题。

此问题还存在另外一种模糊认识,那就是“谁的时钟变慢了”的问题,这与钟的驱动原理有关,机械钟再不同的引力场中会表现出不同的运动频率,即使是电子中和研制钟,也会受到引力的影响而发生走时变化。钟是否变慢或变快,与时间变慢和变快没有内在的联系。

相对论所说的时间变满并非指我们传统认识的本征时间,而是由光速不变假设推导出的时间,不妨将其称为“相对论时间”。在上述问题中,飞船的相对论时间的确变慢了,为什么是飞船而不是地球呢?答案是因为这时相对论的规定,否则就不叫相对论了。

下面的故事有助于理解相对论时间,一个光速介子向银河系申请五分钟时间过境,银河系出于时间很短不会对银河系安全构成防卫威胁的考虑,而批准了这个请求。但银河系发现光速介子并未遵守过境批准协议,用了十五年时间还未走出银河系!于是两方发生争议,宇宙调解官要求两方各自举证,但调解官发现双方的证词均不可采信,因为据调解官观察,虽然光速介子的确没能在五分钟内过境,但也没有用到银河系所说的那么长时间。

 [3楼]  作者:俞烨  发表时间: 2003/07/22 14:44 

刘久明还是抱着古老的时间概念不放。

你说:“钟是否变慢或变快,与时间变慢和变快没有内在的联系”,那么时间应该是如何被测量到的呢?根据我所了解,时间的定义,就是物质运动过程的度量。一个钟摆,在这个地方a摆动一个周期需要1分钟,然而在另一个地方b摆动一个周期需要10分钟;一个人在a处的新陈代谢速度,比在b处的新陈代谢速度快10倍。这两种情况下,你是相信a、b两处时间流逝速率没变,而是周围环境影响了钟摆和人的构造和物体运动方式这个解释呢,还是相信两处的时间流逝速率不同的解释?我相信后者,因为没有任何证据可以证明“时间流逝速率在所有地方都是一成不变”这个观点。就好像我说我们这个世界就在你看本帖的时候忽然扩大了100倍,这个扩大包括这个世界上的每个基本粒子,你觉得这个说法如何?

飞船离开地球然后回来,不错,出发了,回来了,还是合并为一个时间点。可是这并不证明了飞船的时间流逝与地球相同啊。同样,最终飞船还是与地球汇合到同一个空间点,可是飞船经过的空间间隔就与地球不同(并不能说飞船一定比地球经过空间间隔更长,因为没有参照物)。

本证时间的概念是以观察者自身为静止参照物时候的本地时间间隔,参照物不同,观察到的时间间隔是不同的。广义相对论等效原理的作用就是能够把所有的物体,不管其相对于其他物体的运动状态如何,都可以被当作静止参照物,而不是牛顿力学中只有虚幻的,现实中不可能被确定的惯性系才能够被当作静止参照物。



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俞烨
 [4楼]  作者:俞烨  发表时间: 2003/07/22 14:50 

我不知道你说的“事实上”是什么含义。

如果说实验结果的话,那么就去看资料吧,那里有准确的实验素材。如果指的是与刘久明一样的“事实上”,那么这种“事实上”本来就是虚构的,本来就是我们的经验产物。



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俞烨
 [5楼]  作者:逆子  发表时间: 2003/07/22 15:49 

变慢的为什么是飞船而不是地球钟呢?

从地球的人类来讲,地球处于静止之中。但这种静止不具有绝对意义。所以从运动学的角度来看,地球与飞船(加速时间除外)是惯性系上是等价的。你有什么理由来说明变慢的必定是飞船钟呢?

如果你在飞船之中难道就没有权利读爱氏的相对论了,只有地球人才可以读它?



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逆子
 [6楼]  作者:刘久明  发表时间: 2003/07/22 16:55 

相对论时间不是修改了时间概念,而是另创了时间概念。

guojia先生,我把本征时间与相对论时间区分开来,应该说是一个不小的进步,多数人是认识不到这一点的。

时光流的唯一可靠的测量方法,应该是用两事件间的时间间隔,而钟表是其中的一种方法,但在不同的环境和不同的驱动方式下钟表的走时不是很可靠,所以钟表的应用应该是有可靠前提时才行。

如果在宇宙飞船上载有垂摆钟和一个电子钟,当远离地球引力场时,很明显两钟的走时频率会发生变化,你认为哪个钟更准确?正是由于我们可以确定某个可靠的时间段用来量取不同时钟间的走时差异,所以我们才能够说哪个钟快了哪个钟慢了。

你举的另一个例子也让人感觉非常的具有科幻性:“就好像我说我们这个世界就在你看本帖的时候忽然扩大了100倍,这个扩大包括这个世界上的每个基本粒子,你觉得这个说法如何?”

如果说整个世界忽然扩大了100倍,没有其它不变大的参照物的话,我们可以认为,世界并没有变大,有某个没有变大的参照物的话,我们可以认为是参照物忽然缩小了100倍。

并且包扩所有基本粒子在内的世界变大这件事真的发生(这需要有更大范围的没有变大的世界来证明),也只表明是物体变大而不是空间变大。

 

 [7楼]  作者:senpy  发表时间: 2003/07/22 18:53 

对称理论不能表示时间

这是刘启新老师经常教导我的:对称理论不能表示时间, 经典理论, 相对论, 量子理论等等当代物理理论都是对称理论, 都不能显示时间的进程, 所以牛顿方程,爱因斯坦方程, 薛定谔方程,它们描述的自然界都是时间反演不变的, 其中不包含有时间进程的概念,它们引入的时间t, 只是作为一个数学参量而引入的, 致于其中有什么变化, 则完全属于数学变化,

空间是可逆的, 而时间是不可逆的, 有人把时间和空间混在一起称作时空, 而根本不知道两者有别, 害了不少人, 刘老师这一论断很深,我经过几年的时间才有所领会, 真正的好理论必然是非对称理论, 它应该是从不对称实验中总结出来的.

 [8楼]  作者:guojia_new  发表时间: 2003/07/22 22:05 

呵呵,刘久明,你明明知道广义相对论严格区分“本征时间”和“测量时间”的。

经典力学中的钟摆,据我的记忆,摆动频率仅仅与当地的重力加速度成平方根正比关系,与摆长的平方根成反比关系。当然你若提出远离一切物体,于是不存在重力,所以钟摆根本就不动了,却并不代表没有时间了,这种说法当然不对。如果把钟摆看成一种计量时间间隔的工具,那么必须保持不同处境的钟摆拥有相同的环境,包括重力加速度。地球表面具有基本相同的重力加速度,所以我们可以用钟摆当作时钟。如果我在月球你在地球,不考虑相对论,你我也不能用同一型号的钟摆来计量各自的时间间隔。所以,你所说的远离一切物体的钟摆,与电子钟的区别,并不代表任何问题:此时的钟摆并不能够作为计量时间的工具。

关于我说的那个具有科幻特色的例子,呵呵,我想说明的就是大小快慢都只具有相对的结果。宇宙全部膨胀了一倍的说法,根本就是无稽之谈,因为根本没有任何没有发生膨胀的参照物可以参考,我们测量不到这个现象。同样,时间的长短也是如此,没有一个绝对的标准可以让我们参考,我们所计量的时间间隔都是参照我们自己手上的标准时钟的,而我们的标准时钟是否是绝对标准的呢?与此相关的另一个具有科幻特色的例子是:我们的宇宙忽然停顿下来100年,然后再恢复原来。这种说法有意义么?当然是无稽之谈,我们也测量不到这个现象。可是,我们却能够想象得出来宇宙忽然停顿下来的样子,就好像我们也能够想象出来宇宙忽然膨胀的样子一样。之所以这种在理论上无稽之谈的图像,能够被我们想象出来,就是因为我们脑子中有两个绝对的背景东西:一个绝对均匀流逝的时间观,一个无限广阔的静止不动的空间观。所以,有用的空间间隔测量,与时间间隔测量,根本不能建筑在所谓的绝对标准上,所以,你所认识的绝对的、真正的时间,与上述无稽之谈一样,是无法成为测量的基础的。

 [9楼]  作者:逆子  发表时间: 2003/07/22 22:58 

回贴总是不切主题。

刘先生讲的很明了。“时光流的唯一可靠的测量方法,应该是用两事件间的时间间隔,而钟表是其中的一种方法,但在不同的环境和不同的驱动方式下钟表的走时不是很可靠,所以钟表的应用应该是有可靠前提时才行”。

好象你的回贴具有重复性,与刘先观点并没有区别。也就是一个单摆在地球与月球上摆动周期不同,以此现理设计的摆钟走时率与引力大小有关。

现在公认的准确的计时工具是铯原子钟,你认为把铯原子钟放在地球上与放在月球上其走时率不同吗?

狭义相对论的观点,月球处于运动之中,所以运动的时钟会变慢。

广义相对论的观点:月球的引力场弱于地球引力场,所以月球的时钟走时率较地球时钟要快些。

逆子所搞不懂的是,假如我们选取地球与月球连线上的一点。在这一点上物体满足受到地球引力与月球引力均等,即力平衡状态。按你学习广义相对论中的解释,此点的时钟走时率算是无引力情况下的走时率呢,还是介于地球与月球之间的走时率?

 

 




※※※※※※
逆子
 [10楼]  作者:刘久明  发表时间: 2003/07/22 23:54 

guojia先生,我们似乎说的是相同的意思。

首先我们都认为:“此时的钟摆并不能够作为计量时间的工具。”

其次我们都认为:“根本没有任何没有发生膨胀的参照物可以参考,我们测量不到这个现象。”

只是我认为在研究飞船——地球系统时,可以只用地球的钟或者只用飞船的钟。没有参考物的变化现象当认为是没有变化,而此时时间的变化是有参考物的。我设计的一个实验不知你仔细看过没有,让一个飞船从地球起飞,到达空间站以后返回地球,这期间飞船不断接收地球的时钟信号与飞船携带的时钟对比,记录下变化曲线,地球也不断接收飞船所发出的时钟信号,与地球的时钟对比,记录下变化曲线,等飞船着陆后,把两个曲线进行比较,我预测曲线将完全重合。估计你会说,这两个时钟的变化诧异是光信号传播延迟所致,与相对论的时涨效应没有关系。实际上这就是使用的信号观测问题,也就是相对论要解决的问题,只是相对论没有想清楚罢了。

 [11楼]  作者:guojia_new  发表时间: 2003/07/23 15:12 

逆子

也只有你这样的“学者”才会把狭义相对论与广义相对论分开来对待一个现象。既然考虑地球月球,那么狭义相对论就根本不适用,何必扯进什么运动的月球上时钟会变慢的结论来。至于你说的那个位于地月连线上引力平衡点的时钟的问题,不要想当然地做出结论,拿出高中生的素质来,解方程去获得结论吧。

我所要表达的意思是,没有一个绝对的时间标准可以参考,所以“本征时间”和“测量时间”具有相同的地位,都是描述时间的完整的量。而刘久明认为在这两个时间中必须摒弃一个,因为他跟你一样,认为世界上时间只有一种描述方式。

 [12楼]  作者:guojia_new  发表时间: 2003/07/23 15:24 

刘久明

虽然我们都认为“此时的钟摆不能作为计时工具”,可是我的观点是,若两个同型号钟摆所处的环境完全相同,除了位于不同惯性系当中,那么这两个钟摆能够被当作计时工具。因为不同惯性系具有相同的地位,所以惯性系之间没有任何区别,这两个钟摆也就处于完全相同的环境了。地球的钟,飞船上的相同的钟,环境的区别在于引力环境、参考系环境。而钟摆与引力有关,所以无法作为同等的计时工具,然而与引力无关的时钟,就能够被当作同等的计时工具了,比如机械手表等。甚至我们还能够抽象出来一种时钟,不受外界影响的时钟,来分析问题。

你说的那个从地球起飞的飞船离开地球,期间不停地接受来自地球的时钟信号的实验,还不如改为如下:在地球与另一天体比如海王星之间建立一连串基地,相互之间相对静止,可以看作位于同一惯性系,则可以精确校对各基地与地球与海王星的时钟达到同步,也就是说,每个基地的时钟读数,都是当时地球时钟的读数。飞船自地球飞出,路经每个基地时候,都与该基地联系来记录基地时钟读数,到达海王星之后比较所记录的时钟读数与飞船本身的时钟读数。这个实验更完整地表达了你所要表达的意思。可是这个问题老早被研究透了,或许我还没明白你的意思?

 [13楼]  作者:刘久明  发表时间: 2003/07/23 16:16 

guojia先生。

我的意思是想说明,相对论时间不是“本征时间”,于你说的:“相对论严格区分“本征时间”与“测量时间”没有什么区别”,意思是完全相同的。

为了与经典力学的测量时间区别开来,我才特意强调他为“相对论时间”,目前我这么提非常有必要,很多人以为,相对论时间膨胀了,人的寿命就会增加(霍金也这么说!),其实相对论时间膨胀并不奇怪,因为他只是计算时间,并不代表本征时间发生了任何变化。

至于是否有必要摒弃一个时间概念,目前还不到提的时候,如果证明某个时间概念有问题,我自然会提出来。

诚然时间的测量手段有多种多样,我们不一定用不可靠的摆钟来进行测量,但到底用什么钟还需视情况而定,其测量的结果会有具体的十分秒之精度,这个属于测量时间,而本征时间连时分秒这样的单位都可以不用,“就那么一阵子,就那么一会儿、就我上次发贴到这次发贴之间的事”,不考虑精度问题,用你手头最方便的时钟量一下,定能得到它的近似值。

 [14楼]  作者:刘久明  发表时间: 2003/07/23 16:39 

实验不能改。

guojia先生,这个实验不能改,因为我设计的实验具有可操作性,目前的宇航活动中就可以实现,并且不会为此增加很多经费,只要权威们不怕实验结果的话,早就可以做完了。

而你修改的实验,虽然“老早被研究透了”但目前无法实施,还是遥远的事,谁的评价都可以不负责任。

如果将来有条件作时,你仍然坚持你的实验的话,我建议把从天王星返回的过程也纳入到实验中来。

也许我没说明白,让你误解,其实这个实验将证明,相互远离时,观测对方的时钟频率变慢,相互靠近时,观测对方的时钟频率变快。

[楼主]  [15楼]  作者:和满  发表时间: 2003/07/25 15:06 

既然已经谈到“对称”与“本征时间”问题,那我正好请教

    1 ”引力使时间变慢”可以不可以理解为:引力使空间弯曲,包括光信号在内的所有物体及所有波,在两点中走曲线比走直线长,所以所有的物理过程都相对变慢”?但空间弯曲不是各向同性的,如果这样理解,不同的物理过程相对变慢的程度就不一样,不可能有一个普适的速度变换因子。如果不这样理解,应该怎样理解?

    2 “加速效应与引力效应是一样的”可以不可以理解成“加速也使时间变慢?”为什么力学效应一样,时间变换效应就一样?

    3在狭义相对论框架下,我们可以设一个光钟,光钟指:设任意一直线AB ,以光信号在AB间往返一次为一个时间单位。根据光速不变原理,我们可知光运动的过程与其它运动的过程是一致的,于是我们是否可以说,“在狭义相对论框架下,本征时间就是测量时间?”

  4 在广义相对论框架下,光钟失效了。在引力改变的情况下,由于空间弯曲,使得原来A对准B发出的光信号可能不指向B。所以光钟失效。这样理解对吗?

  5 如果光钟失效。在这种情况下,本征时间指的是什么?用什么方法测量“本征时间”?是否本征时间永远不可测量?永远不可测量的量在物理学中是否=什么都没说?在这种情况下,是否还有一个统一的测量时间?

  6在广义相对论框架下,是否仍要考虑狭义相对论的时间变慢效应?即,相对运动使时间变慢?如果要考虑,怎么处理对称性问题?这个问题在现在已经很现实了,如果我们做航天旅行,我们要“准时”回到地球,我们应该怎么教钟?

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