引力場使時間變慢的理解

可由光子能量理解:光子在引力場較強處,位能更低(位能定義)。因光子能量由頻率決定,故在此處光子的頻率較低。而光子的頻率可看作光子鐘,頻率是量度時間流逝的,它變慢,即時間流逝也慢了。

也可以由時空扭曲理解。時空是不可分隔的整體。空間內的質量,如一個恒星或黑洞,將空間時間扭曲。空間方面,重力透鏡已經由天文望遠鏡觀測到。可以想像,恒星附近的時間也同樣被扭曲。至於扭曲後為何一定是變慢而非變快?試將四維的時空想像成二維的彈性膜。平整無物的時空,膜是平直的平面。有質量物體,如保齡球,將膜彎曲,壓出一個窩。可以看到,保齡球附近的膜會被拉伸延長。離球遠一些的區域,延展較輕微,而球附近的區域,延展較強烈。空間時間都被延展了。時間被延展,即是流逝得較慢了:想像膜上有刻度,一吋有一刻度,表示一秒鐘。球附近被延展,一吋被拉成三吋之寬,相當球遠處三個刻度,但它還只是一秒鐘。原先要花一秒鐘的事情,在球附近也要花一秒鐘才完成,但在遠處就已是三秒鐘。

這樣想像應該頗為直觀了!

時間變慢之生化過程

有人問起何以主角在黑洞附近度過的幾小時,就是地球上幾十年呢?生物的衰化過程怎麼會變慢呢?

生化過程,即是化學過程。說到底就是分子或原子級的物理過程。

實際上,相對論描述的時間變慢現象,在近地軌道已經可以觀測。在軌道上的原子鐘,比地面上相同的原子鐘走得更快。原子鐘是利用某特定原子內,電子能級間之差別所對應的電磁波頻率來測量時間的流逝。

原子內電子能級是亞原子性質。建於其上的物理及化學過程,乃至生物衰老過程,都是一樣,由相對論的世界觀描述。在引力場較強之處,如果原子內對應能級的電磁波頻率可以變慢,那麼原子的結合過程也可以變慢,那麼DNA分子的形成,染色體的分裂,細胞的崩解,這些過程都一樣。最後結果就是生物衰老也變慢。

至於為何是變慢--而非變快,下次再探討。

簡單理解光速不變原理

承上篇別人的大作,這裡簡單描述。

首先要接受愛因斯坦的時空觀:時間和空間不可區分,他們組成了四個維度的時空。任何物體運動時,都在這四維時空中運動。即便是「不動的」物體,也在時間維度上運動!

我們平時說的速度,只是對物體在三維空間的位移,對於時間變化的導數。如果時空不可分,那麼單單對時間求導是偏頗的。所以,在這偏差的情形下討論速度,並不準確。

所謂光速的每秒30萬公里,只是一個偏差的量度和描述。實際上在四維時空,光的「快度」(新定義出來以四維時空觀來描述運動的量)是無限大的。因為它是無限大,所以誰去量度,都是無限大。在三維空間看來,它就是一個常數,與測量者的運動無關。

於是,就理解了:光速不變,且為無限大。