你也能懂相對論

如果我說,相對論與日常生用息息相關,你會信嗎?或許就算我是一位知名的物理學教授,說服力相信也不會大得多少。以下我將要用比較淺白簡單的文字和少許初等代數,說明並說服大家,相對論並不難懂,而且它在日常經驗中是如此的明顯、如此的必要!

1905 年被稱為愛因斯坦的「奇蹟年」,愛因斯坦向世界提出了一套非常明顯、非常合理,但卻一直不為人所理解的理論狹義相對論 (special relativity)。被稱為「狹義」是因為這個理論只在慣性座標系中適用;換句話說,即是在所有沒有加速度的系統中都適用。狹義相對論建基於兩大假設:

  • 在所有的慣性系統中,所有有物理定律保持不變。
  • 對於所有系統中的所有觀測者,光速永遠不變,而且不是無限快的。

假設 (一)「所有自然定律不變」一般被稱為相對性原理 (principle of relativity),明顯比較合理,也比較容易理解。而乍看之下,光速相對於所有人都不變,而不論那人正在高速奔跑或者靜止不動都沒有關係,就顯得較為奇怪了。要理解這一點,我們需要由速度的意義說起。速度,就是在說「每單位時間內走了多遠」。說得再淺白一點,可以想像為「每秒走了多少米 (m/s)」。但這只是慣用單位的問題,你當然可以想成「每小時走了多少公里 (km/h)」,這正是司機們慣用的單位。在科學中,單位是至關重要的,因為不同單位的東西就是不同性質的東西,不可以混為一談的比較,好像一個蘋果永遠不會等於一個橙。

假設 (二)「光速相對所有人都不變」,就是說相對於所有人,光在每單位時間內走的距離都一樣。就是說,當你向著一道光奔跑,「直覺上」你會認為你所看到的光速比起你在靜止不動時快,因為在你向光跑去的「同時」,光亦向著你衝去。換成數學上的表達,就是說如果你用速度 向著光衝去,而我們用 代表你在靜止時看到的光速,那你看到的光速就會變成了c + v。這就是所謂的伽俐略變換,亦被一般人叫做「常識」。當然了啊,兩個物件互相衝去,當然會比其中一個不動、或兩者互相遠離快啊。但是,愛因斯坦卻說不論你用甚麼速度,向著光或離開光移動,你到的光速都仍然為 c,不多也不少!

你會說:「這怎可能!這是違反常識的!」我的回答是,一般人的常識存在非常明顯的漏洞,可是在愛因斯坦之前卻一直沒有人留意到這個嚴重的錯誤!這個錯誤就是「同時」這一概念的演繹。甚麼是「同時」?就是說大家的時鐘顯示的時間都一樣啊!對,這也是愛因斯坦對「同時」的理解。但現在要再問一道問題,如何知道兩個時鐘的時間一樣?

問題到肉了,可是你會覺得很無聊:「說甚麼廢話!只要我看到兩個鐘的指針拍著的時間就是了!」好,停一停,想一想:我們能「看」到東西,是因為光進入到我們的眼球穿過水晶體折射後投影在視網膜上。總言之,我們能看到東西,是因為有光。光以一定的速度前進,而且因為光速有限,因此在不同距離發出的光相對於同一個觀測者而言,會在不同時間到達。試想像,兩個人相距非常遠,而兩個人都帶著一個時鐘,那麼當然,任何一方都會覺得對方那個時鐘所發出的光,會比自己手上的時鐘所發出的光要用更多時間才能進入你的眼睛吧!好了,我希望大家想想,究竟事先要如何調整兩個時鐘,才能使你和對方都看到兩個時鐘是同步的呢?當然,這是辦不到的!因為兩個時鐘相距兩個人的距離都不同。若然你看到它們是同步的,對方就會看到他手上的走得較快,反之亦然。

如果你不太理解的話,請從頭思考一次,先不要跳過讀下去,因為剛才所說的就是相對論的精髓所在。重點是,要知道世界上並沒有「對所有人都同時」這個概念存在,因此也可以說,「同時」這個概念對每個人都不同;說「對大家來說都是同時」就是錯誤的,沒有可能發生。這是非常明顯的,但卻一直被我們所忽略。這完全是因為對於人類的感覺來說,光速 (每秒三十萬公里,能夠環繞地球七個半圈) 實在是太快、太快了。

好了,接下來我要介紹相對論導致的兩個非常重要的結果,這些結果令人類對時間及空間的概念有了根本上的改變:時間及空間其實是互相糾纏、難分難離的。在這部分我會以數學論證,狹義相對論所涉及的數學都只是基本數學運算以及向量微積分,相信對有會考物理根基的朋友來說不會太難。

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在我們生活的三維空間中,每一件事件都可以用座標系的四個變量決定,就是 (長,闊,高,時間),數學表達為 (x, y, z, t)。假設在座標系 S 中有一原點 O,在 內觀測的人都會對每一件事件測得一組座標 (x, y, z, t);而現在有另一座標系 S’ 正在相對 S 以速度 向右移動,它的原點 O’ 在時間 t = 0 的時候剛好與 O 重疊,而在 S’ 內觀測的人都會對每一件事件測得一組座標 (x’, y’, z’, t’)。那麼,在我們的「常識」中,(x, y, z, t)(x’, y’, z’, t’) 的關係就是由伽俐略變換來決定:

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這就是我們認為的「常識」的數學表達方法。留意當中 t’ = t,因為在傳統的觀念裡,「同時」這概念仍然存在。明顯地,在伽俐略變換當中,時間是獨立地流逝的,與空間 (x, y, z) 無關。可是,在上文中我們知道「同時」是不存在的。

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想像小明站在一節正在行進的列車車廂正中間,在車頭及車尾都擺放了感應器。他向左右同時照射出兩道光束。對小明來說,車廂並沒有移動,所以他會看到兩道光束同時到達感應器。可是,對於一位站在月台上的人來說,因為列車正在向右移動,右邊的感應器不斷遠離光束,而左邊的就不斷靠邊光束。所以他會看到左邊那道光束首先到達感應器。因此,時間會因為觀測者的運動狀態不同而有所分別,而且這是非常明顯的!請注意,上述兩種情況都是正確的,沒有誰對誰錯,完全因為觀點與角度而已。回到 S 和 S’ 座標系的討論,因為兩個座標系的運動狀態不同,所以伽俐略變換就不是正確的描述了,我們必須改用另外一種座標變換方法,名為洛倫茲變換 (Lorentz Transformation):

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有關這組公式的推導過程,有興趣的朋友可以參考任何相對論課本。在這裡我們有興趣的是:如果時間及空間確實根據以上方程組變換的話,會有甚麼有趣的事情發生?

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首先,考慮一個「光鐘」,這是一個純粹由兩塊互相平行的平面鏡組成的計時器,有一束光在兩塊鏡之間來回反彈。然後我們定義這束光來回反彈一次的時間 Δt = 2h / 為一個時間單位,故此我們就有了這樣一種有趣的計時器。

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現在,我們讓這個光鐘在 S 座標系中以水平方向向右以均速 移動。所以我們就知道,如果我們稱光鐘為 S’ 座標系,就有 Δt’ = 2h / c。在 座標系當中,光就是以斜線行進的,根據畢氐定理,我們得到

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使用簡單代數運算求得 Δt

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因為 v < c,所以分母必定小於 1 ,故此 Δt’ < Δt。換句話說,移動中的座標系的時間流逝得比較慢。這就是著名的時間遲滯 (Time Dilation) 。

除了移動中的人的時間在其他人眼中會變慢之外,移動中的物體看起來也會變短。這叫做長度收縮 (Length Contraction)。如果 L是物體靜止時的長度,L 是物體相對於觀測者以速度 v 移動時的長度,那麼我們就會得到

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公式 (3) 的推導過程與公式 (2) 差不多,只要把光鐘轉個直角再考慮水平移動就可以了,有興趣的朋友可以自己當做練習試試推導。

以上兩個「違反直覺」的現象都已經被實驗觀測所證實了。其中一個重要的證明是關於宇宙射線的問題。每分每秒都有大量的宇宙射線攻擊著地球,這些射線多是帶電粒子諸如質子及電子等等,能量很高。幸好地球有磁場以及大氣層的保護,不然地球上就不可能有生命存在了。

一些粒子與大氣粒子碰撞後,會產生許多不同種類的粒子,向各個方向散射。這些粒子的壽命一般都非常短暫,就算在產生的一刻開始已經用接近光速前進,在它再衰變成其他粒子之前,前進的距離最多也只得幾百米。但是,雖然地球的大氣層厚度約為 100 公里,設置在地面上的儀器卻可以探測到它們!這完全是因為這些粒子以接近光速行進,相對論的效應就會變得很大。如果在靜止時這些粒子的壽命是 T,那麼根據時間遲滯現象,地面上的人就會測得它們的壽命為

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其中 是粒子的速度。明顯地,當 非常接近 c 的時候,T’ 就會變得非常大,所以它們有足夠的時間可以穿過厚厚的大氣層落到地面。

我最後想介紹的是著名的愛因斯坦速度相加法則。在早前的討論中,我們已經明白到,在光速不是無限快的條件下,時間必須是「相對」的。亦即是說,對於不同運動狀態的觀測者,時間的流逝速率各有不同。同樣地對於空間來說也是如此。因此,我們就不能說兩個互相靠近的人的相對速度 v’,會簡單地為 v’ = v1 + v2,其中 v和 v分別為兩個人的速度。那麼 v’ 應該如何表達才對呢?其實簡單得很,只要把洛倫茲公式對時間微分就可以了。詳細的做法可以參考教科書,其結果為

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因此可以看到在相對論下,相對速度 v’ 比較小。如果代入文章開頭的例子,你和光束互相衝向對方,就有

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所以你會驚訝地發現,c + 仍然是 c!這是當然的,因為相對論本身必須符合它的假設:光速不變。

其實狹義相對論還有許多有趣的題目可以討論的,例如著名的質能公式 E = mc^2、雙生子悖論、能量-動量四維向量、以及相對論性電磁場理論等等,或許在以後我會和大家深入討論。而愛因斯坦在 1916 年提出的廣義相對論 (general relativity),則是一套把重力與加速度都包含在內的時空理論,能夠非常準確地描述我們身處的宇宙。廣義相對論所涉及的數學非常深奧,需要使用到十分抽象的黎曼幾何以及張量的概念,確實並非每個學生也能明白。在以後我會試試為大家說明廣義相對論的重要性。總而言之,在這篇文章中,我希望大家明白的事,是相對論其實並非一般人想像的那麼深奧難懂。至少,就狹義相對論而言,只需要中學程度的物理及數學知識就可以了。

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46 thoughts on “你也能懂相對論

  1. 看到了這篇文章, 想起了我一直以來有關狹義相對論的疑問: 為什麼一直以來, 都是以”光速永遠不變,而且不是無限快的” 來解釋光速恒定的呢? 為什麼不可以是: “物質的速度是有極限的, 而光子質量為零, 所以等於這個極限速度”? 這種說法並沒有把 “光” 與 “光速” 掛勾, “光” 具有 “極限速度” 僅是因為其特性使然, 這樣不是更好理解狹義相對論嗎? 在下愚見. 請指教.

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    • 你說得很對!其實把光速稱為「光的速度」只是歷史原因。例如在量子場論中,導致重力的粒子「引力子」(graviton) 也被假設為零質量,因此重力亦以光速傳播。

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      • 豁然開朗了, 謝謝解惑, 如果的確把它稱之為”光速” 是歷史原因, 在你看來(畢竟是攻讀博士嘛), 物理學界有沒有可能為此正名呢?

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        • 在科學裡經常有這情況,如果不涉及錯誤科學概念一般是不會去改的,因為沒有必要之餘亦可能會引起混淆,倒不如將錯就錯,只要明白其真正意義其實沒有任何問題。例如電流其實是反方向的電子流動、行星狀星雲與行星完全沒有關係等等,這些都是不涉及錯誤科學,純粹命名問題。另一方面,冥王星被改為矮行星,背後就是科學原因。

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    • 光速不變 在狹義相對論本身是一個假設(即:a guess)
      狹義相對論本身不須要一個「光速假設」
      但必須有一個「不變的速度上限」的假設
      愛因斯坦假設了(即:猜)這是光速
      剛巧而實驗做出來這上限是光速

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  2. 重力以光速傳遞?我聽過有一種說法,是重力是 instant 的,即是假如 10 億光年外出現一個質量很大的物體,如果質量夠大,地球馬上會被其重力影響,而無需等 10 億年才感受到它的重力。

    由於重力是以距離平方遞減,假設的物體的質量必須很很很… 大,我們才會「感受」到它的引力。

    正如我們所在的銀河系中心有一個質量很大的東西 (可能是一個超級黑洞),整個銀河系的星球都是以它為中心旋轉。

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    • 關於光速恒定的問題可以由以下的實驗作確認;
      由警車的測速雷達可確定不論受測者的汽車在任何方向以恒定速度朝警車靠近,所測得的車速均相同,因地球是在移動的,這點可確認光速是依運動系(或慣性)座標的光源原點而定速運行,電磁波與光波是相似的(除非定義錯誤),如果警車改用連續的雷達波(或超高頻無線電波)以定速朝測試者靠近時,測試者得到的雷達波頻率會偏高,雷達波頻率是固定的,波長也一定,那麼頻率偏高代表電磁波速度加快,由 速度=頻率乘以波長(v=f xλ)得知;同一頻率的波長是固定的,
      f增高=v增大,所以電磁波增快了,也就是光速的相對速度由地面觀察是隨運動系座標的移動而疊加,但位在運動系座標(警車)觀察則是恒定的。
      John-yeh

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      • 目前測試光速大都採用雙向測試,由於向量關係不管是180度或有角度的向量,測試位置慣性座標的速度其向量合為0,也就是所測得的光速是絕對值而非相對值,若以此就認定光源無論是否移動都是恆定的,就可能會誤判而導出錯誤的結果,建議物理界的大大請改用單向測試並移動光源試試。感謝!
        johnyeh

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    • 你好 Alex! 圖中可見 S’ 的 x’ 軸沿 x 軸運動,所以與 x’ 軸上的數值 (假設是 10) 比較,重疊的 x 軸上的數值必定較大,因此是 x – vt (vt 必為正數)。你也可以試試自行假設一些數字,可能會較易明白。

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  3. 萬分感謝 這是一篇非常精闢的解說 使我就算才國三也大概能理解相對論的定義與其意義 您是一位非常棒的教授! 這也讓我能與母親大人分享相對論的奧妙
    以及後面粒子關於V趨近於C時分母將會變得非常的小 使粒子有所謂的時間遲滯概念時也使我獲益良多 thank you so much!

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  4. 從光鐘例中,是因為光速在真空中不變 , 而顯現出時間遲滯及長度收縮現象? 還是因時間遲滯及長度收縮而產生光速不變現象?

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    • 這是一個好問題。在愛因斯坦的原本論文中,光速不變是假設,因此邏輯上愛因斯坦認為光速不變導致時間遲滯及長度收縮。究竟哪一個才是因,或者兩者皆能由更基本的假設導出 (quantum gravity?),到現在仍未清楚。

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  5. 能否请教关于狭义相对论的一个疑惑:
    首先这个不是双生子悖论,因为双生子悖论假设双生子原来在一起,再分开,再团聚,要用到广义相对论。
    这个疑惑假定两个惯性系统,两个太阳系,都有一个地球,其中一个就是我们的。一亿年前,两个地球都进化出了恐龙,一亿年后都会进化出人。两个太阳系相隔一亿光年。
    一亿年前,另一个太阳系以接近光速比如光速的99%飞向我们,一亿多年后,飞到我们的地球,并且相撞。
    那个时候,根据狭义相对论,另一个地球的时间应该很慢,所以没有进化,应该是我们进化的人类看到他们的恐龙。这个似乎可以从某些半衰期很短的粒子,以接近光速飞过很长距离到达地球,仍然没有衰变得到应证。
    问题是根据狭义相对论,两个太阳系是相对的。就是说,他们看我们也是以接近光速向他们飞去,那么相撞的一瞬间,应该是我们的恐龙撞他们的人。到底是谁撞到谁呢?
    1。他们的恐龙撞到我们的恐龙
    2。他们的恐龙撞到我们的人
    3。他们的人撞到我们的恐龙
    4。他们的人撞到我们的人
    万分感谢!

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  6. 其實只要真心接受光的速度永遠不變,所有觀念就不會跑掉,例如超越光速就叫時空崩塌,不存在光速就叫做空無,不要強加做額外解釋

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  7. 非常好的文章!
    可是我有疑问!
    本人来自马来西亚,故用简体字,请见谅。
    对于小明在车厢上的例子,
    如果两边的感应器在接收光之后会发出某种引人注目的信号(比如爆炸),那么,对于小明来说,他应该恐惧地看见两边车厢同时爆炸
    而月台上的人应该看见不同时的爆炸
    那会因为感应器和小明处于同一个惯性系,最终结果是月台上的人也看见同时的爆炸吗?那么是否月台上的人会认为有矛盾?
    假设不同时的爆炸和同事的爆炸会把列车炸成两个分别不同的形状,那如果月台上的人看见不同时的爆炸,可是列车炸成别的样子了,那也是矛盾呢。

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  8. 你好,我並不是物理背景出身,所以如果我的疑問有一些很基本的錯誤認知,還請不吝告知,謝謝。

    首先是關於 同時 的個概念。
    文章中提到,兩個人相距非常遠,而兩個人都帶著一個時鐘,因此任何一方都會覺得對方那個時鐘所發出的光,會比自己手上的時鐘所發出的光要用更多時間才能進入眼睛。
    這說明了對我們而言,光速有上限,因此距離我們越遠的事物所發出來的光,需要越長的時間(越晚)被我們觀察到。
    因此,我可以理解,站在不同地點(距離不同),同一事物(改變的瞬間)被我們察覺到的時間點會不同。
    但這是主觀上觀察的不同,客觀上我們應該扣除因為距離而造成的觀察時間誤差,而知道客觀上兩個人的時鐘是同步,同時變化。
    或者,可以想像成有一個客觀第三者,與兩個人的距離相同,因此,他可以調整到讓兩者的時間同步。
    不知道我的想法是否哪裡有錯誤,或者是在主觀與客觀上的認知跟您的說法有衝突?

    再來是 小明站在一節正在行進的列車車廂正中間 的例子
    我的理解是:車子往右開,右邊光束到達感應器的時間一定比較長,但碰到的瞬間反過來被小明觀測到的時間會比較短,所以整體而言最後和左邊被小明觀察到的時間點會一樣。
    以下是我用簡單數字帶入思考:

    光速:3單位,車速:1單位,車廂內小明距離左右感光器12單位。車子向右行駛。

    右:(光束碰到感應器)+(碰到的瞬間 被小明觀測到)= 12/(3-1) + 12/(3+1) = 6+3 = 9
    左:(光束碰到感應器)+(碰到的瞬間 被小明觀測到)= 12/(3+1) + 12/(3-1) = 3+6 = 9

    因此,客觀上右邊光束碰到感應器的時間會比較長,但主觀上小明觀察到(碰到的瞬間)的時間會比較短,所以結果才會相等,讓小明誤以為同時碰到。

    至於對月台上的人而言,前半段光束前往感應器的過程,右邊不斷遠離所以時間較長,而後半段碰到後被觀察到的時間,則視碰到瞬間左右感應器距離月台上的人而有所不同。

    不知道我的理解是否有誤?

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    • Green您好,

      非常好的問題。首先關於同時概念。由於相對論限制了訊息傳送速度上限,宇宙再沒有一個客觀的、相對任何觀測者都一樣的事件順序。這是拋棄牛頓力學的超距作用的後果。

      一個與兩個人距離相同的第三者 (C),他可以令兩個鐘 (A & B) 在他看起來是同步的,沒錯。但,想像 C 也有一個鐘,在 A 或 B 看起來,C 的時鐘都是比較慢的。

      而且,不單距離會造成時差,不同觀測者之間的相對速度、身處重力場大小不同也會令時間流速改變。因此,宇宙並沒有一個絕對的、唯一的時鐘。

      關於你的計算,是正確的。其實只要想到小明與火車之間相對是靜止的,已經可得出「被小明觀察到的時間點會一樣」。

      然而,其原因如我上述,並非主客觀的問題,而是宇宙裡根本沒有一個絕對的時鐘。所有觀測者的時間流速都是相對的。

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  9. […] 如果對詳細的證明有興趣,我找到一個講得滿簡易明白的文章:你也能懂相對論。大家可以去試試看自己是否能理解,我自己是大概卡關了兩天,靜下心來把數學式好好回顧一下才能繼續走下去,但卻也不敢保證自己可以再來證明一次(好拉,或許我還是沒懂),不過,至少試試看吧! […]

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  10. 多謝余博分享,我昨日睇完你直播之後去咗睇Einstein嘅Electrodynamics on moving mobies, 我睇到去Lorentz Transform個一part就唔明。幸好今日睇到你篇文章😍

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  11. 您好 ,非常感謝您的回覆.
    我們來探討一個問題,
    速度只是扭曲時間的一種方法,重力則是另一種方法。愛因斯坦於1915年提出廣義相對論,將重力場對時間與空間的影響包括在理論中。如將數字代入愛因斯坦的理論中,會發現地球本身的重力造成時鐘每300年慢1微秒。1976年,羅伯特•維索特(Robert Vessot)和馬丁•列文(Martin Levine)從西維吉尼亞州將一枚載有氫邁射時鐘的火箭發射到太空,然後在地面上仔細監控。幾個小時後,火箭墜落進大西洋,而上面的時鐘比地球的時鐘多出了約0.1微秒。如果可以神奇地將地球擠壓到一半的大小(保留所有質量),地球表面的重力將變成2倍大,時間的扭曲也會變成2倍大。如繼續擠壓下去,當地球的半徑變成0.9公分時,時間將會「停止」,沒有東西可以逃脫。詳見黑洞、史瓦西半徑。
    在質量不變時,壓縮其體積,會導致星體的表面的引力場強度增加。宇宙中會發生這種壓縮,例如「中子星」。天文學家已確認在典型中子星表面上的時鐘,會走得比地球表面上的慢30%。若能夠在中子星表面望地球,將會看到地球上的事情加快速度,就像是快速放映錄影帶節目一樣,不過中子星附近的時間,看起來還是以正常速度流動。

    時間幻覺

    上述狹義相對論中的時間膨脹理論,是有破綻的,因為受實驗對象不是人,實驗對象是時鐘,時鐘的動作變慢了是事實,但是它沒有感覺;換成實驗對象是人的話,或許會感覺出自己的動作因為換到中子星而變慢了.如果人做為實驗對象而且毫無感覺到動作變慢了(就像是”接觸未來”電影中女主角自覺正常的經過了18小時,地球人只看到球瞬間掉下去),這樣或許可以證明是時間膨脹原理,也可以證明有時間的存在;但受實驗的人如果明顯感動作變慢了(我相信差30%應該是感覺得出來的),頓時動作就像是太空漫步或潛入水裡一樣,那這樣就證明我的說法,時間是不存在的.因為你是受引力影響動作變慢了,不是相對時間變慢了.
    但就算是中子星上的人沒有感覺時間變慢了,也還不能證實時間是存在的,因為這有可能是受週圍影響了你的感覺,就像高速公路上每台車都開到時速110公里,你也開時速110公里開在旁邊你並不會覺得你開很快,但若是你在限速50公里的市區,大家開時速50公里你開時速100公里,這時你就會覺得你開很快.
    在我看來「中子星」現象,是中子星影響了中子星表面上的時鐘,使它的變化走得比地球表面上的慢30%,中子星以外得變化,依舊照這自己的步調正常變化.
    人類發明了這麼多計時工具,有真正測量到時間嗎?答案是否定的!人類可以測量輻射量,可以測量溫度,但是就是無法測量時間.現在所謂的計時器都是藉由物質本身穩定的變化,換算出人類定義鐘的時,分,秒.
    無論是原子鐘或氫邁射時鐘或中電子鐘或機械鐘,這些都是人類製作用來計算(非測量)變化的機器,這些鐘錶由某種能量驅動,就會受到該種能量或其它能量的影響.
    所以用另外的角度來看,是速度或是重力影響了火箭的時鐘使其效率變快了. 原子鐘利用原子的一定共振頻率而製造的精確度非常高的計時儀器,但還是會受外在因素影響,可能是受重力減少影響增加了震頻速度,造成時間變快的錯覺.這樣要強說是鐘的運作變快是時間變快所造成真的有點說不過去,也就是說這樣的實驗還是不能證明時間的存在,或是時間膨脹理論.因為時間是無形的,而受實驗的鐘是有形的,而且它是人類製造出來用來代表時間的,鐘代表時間但時間不代表鐘.這樣的實驗有點像是把100立方公分的冰放在攝氏30度的環境,它10分鐘會融化成水.再把另外一個100立方公分的冰在攝氏10度的環境,它40分鐘會融化成水.你會說攝氏10度環境的冰時間變慢了嗎?同樣兩棵樹苗,一棵重在陽光充分水分充足的環境,一棵種在陰暗角落,一棵會長得快,一棵會長得慢,這能說時長得慢的那棵樹苗,時間變慢了嗎?

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  12. 「速度只是扭曲時間的一種方法,重力則是另一種方法」,我想這也是同樣的,速度跟重力會不會影響氫邁射時鐘,老實說我不知道,但羅伯特•維索特和馬丁•列文的實驗依舊無法證實時間的存在,或是時間膨脹理論.因為你可以說重力影響時間,但我會說是重力或其它因素影響氫邁射時鐘本身的作動或者是震頻,使其作動的結果比地球的時鐘多出0.1微秒.
    時間跟長度不一樣,長度可以用儀器或目視來測量,但至今沒有實驗證明,時間可以測量得出來,也就是說沒人證實過有時間這個東西, 現今人類的儀器沒有一個是可以測量到時間.原子鐘或氫邁射時鐘或中電子鐘或機械鐘,這些都是計數器.簡單的說這些鐘並不是時間,鐘所承現出來的人類可理解之讀值,就代表著時間嗎?它的變化就代表著時間的變化嗎?科學家極力用時鐘來解釋並代表時間,但時鐘並不是時間,時鐘是物理變化,是振盪變化,是頻率變化,所以實驗誤導了我們.這有點像是神像的概念,科學家會說雕像的存在證明上帝是存在的嗎?

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    • 您好。如果我沒有理解錯,你提出「如何證明時間存在」的問題。物理學(或總括來說,科學)描述的對象是測量本身,即是我們只能定義時間為任何能夠測量「時間過去了多少」之物理過程。在邏輯上,你可以說這是套套邏輯,但這就是科學的限制,因為科學與哲學/形而上學不同,科學必須要有測量,才是科學。因此,你提出的「如何證明時間存在」問題超出了物理學/科學的範圍,是個哲學問題,因此我不能回答,抱歉。

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  13. 您好 :
    如果以科學的角度來探討”時間”,不知我以下的認知是否正確.謝謝您.
    1. “時間”它不是元素,也不是物質,也不是維度,只是用來”計算”過去變化的單位.
    2. 物理學家喬•哈菲爾(Joe Hafele)和理查•基廷(Richard Keating),高度精確的原子鐘的實驗,只是證明”該原子鐘”受速度之影響, 飛機上的時鐘走得比實驗室裡的慢.
    3. 羅伯特•維索特(Robert Vessot)和馬丁•列文(Martin Levine)所做的氫邁射時鐘的實驗,也只是證明”該氫邁射時鐘”受重力之影響,上面的”氫邁射時鐘”比地球的時鐘多出了約0.1微秒.
    4. 原子鐘,氫邁射時鐘,只是計時器(嚴格說應該是計算器),屬於物理變化,及頻率裝置,非量測儀器.
    5. 以科學的角度來看”時間”,應該還在”哲學”討論的階段,目前無法證明”時間”的存在.

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  14. Speed of Light : Reexamination

    Plane waves of light (wavelength is constant) are coming from just above. An observer is moving horizontally at different speed. Speed relative to the waves does not vary. But speed relative to photons or light ray will vary (both will be real existence). With the formula : light speed = f λ, speed of waves can be shown. However, speed of photon and light ray will not be shown. Because of large speed of light, this problem is not noticeable.

    In outer space, plane waves of a star light are coming. An observer is at a standstill. Speed of light waves and photons (light ray) relative to the observer will not be the same (in general). By the way, speed of light waves and of photons (light ray) relative to the aether frame will be the same (as a physical constant : not c, maybe).

    Sorry, I cannot receive E-mail. I do not have PC.

    http://www.geocities.co.jp/Technopolis/2561/eng.html

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