谈“天上一天,地上一年”的正确性

古人说:“天上一天,地上一年”,是说天上与地上人的时间是不同的,这也是天上的神仙可以长寿的秘诀。现代的科幻片上也拍摄这样的情景:“人在高速运转的星球上呆了几天,回到地球上发现女儿与自己的年龄差不多了。这主要与爱因斯坦的时间延缓效应有关。也就是说,相对静止坐标系下的人观察相对高速运动的坐标系下人工作或生活所需时间要相对慢得多。

爱因斯坦狭义相对论时间延缓公式为:t=t0/(1-V2/C2)1/2,其中(如图1):t为静止坐标系K下的时间,t0为运动坐标系K’下的时间,V为K’相对于K的速度,C为光速。

图1

求解“天上一天,地上一年”时的运动坐标系K’的速度:

365=1/(1-V2/C2)1/2

V=0.9999962469C

也说是说当“天庭”相对于地球的速度为0.9999962469C时可达到“天上一天,地上一年”的时间延缓效应。

古人也说了,爱因斯坦也说了,时间延缓效应,但这是正确的吗?爱因斯坦时间延缓效应公式是由光速不变原理(无论在任何坐标系真空光速都是不变的,每秒为30万公里)推导出来的。

现推导运动坐标系K’下的光速不变原理下的时间变化情况。

如图2,运动坐标系K’下,光源由A’点到B’点,距离为D,运动坐标系K’相对静止坐标系K在X轴的相对速度为V,但从静止坐标系K来看,光源是从A点到B’点。

图2

基于光速不变原理可知,LAA’=Vt,LAB’=Ct,LA’B’=C t0

Ct= Vt+ C t0

t= t0/(1- V/C)

求解“天上一天,地上一年”时的运动坐标系K’的速度:

365=1/(1- V/C)

V=0.99726C

在此条件下,当“天庭”相对于地球的速度为0.99726C时可达到“天上一天,地上一年”的时间延缓效应。

如图3,运动坐标系K’下,光源由B’点到A’点,距离为D,运动坐标系K’相对静止坐标系K在X轴的相对速度为V,但从静止坐标系K来看,光源是从B’点到A点。

图3

基于光速不变原理可知,LAA’=Vt,LAB’=C t,LA’B’=C t0

Ct0= Vt+ C t

t= t0/(1+V/C)

求解“天上一天,地上一年”时的运动坐标系K’的速度:

365=1/(1+ V/C)

V无解,实际上时间不是延缓了,而是加速了,当速度V=0.99726C,天上一天时,地上为0.5天。

综合上述可知,爱因斯坦时间延缓效应是基于光速不变原理推导出来的,由于光相对坐标系K’ 的运动方向不同,推导出来的延缓时间不同,因此时间延缓效应公式很可能是不对的,同时光速不变原理也很可能是不对的。

光速不变原理定义是无论任何坐标系下观察真空光速是不变的(每秒30万公里),当人站在地球表面上,他的前方有一辆车以光速从左方向右方前进,车上有一手电筒,从左方向右方照射(以人为参考)。按照光速不变原理,在车的坐标系下应该以光速在车中运行;但在地球表面的坐标系下,由于车是光速,手电筒的光是无法向前照射的。这就存在矛盾,因此光速不变原理很可能是不正确的。

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