相对论认为世界线的长度就是一个人所经历的时间,对吗

作者&投稿:鲍花 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
相对论认为世界线的长度就是一个人所经历的时间这句话对么~

对。确切的说一个观察者所经历的固有时是这个观察者的世界线长。

设观察者与闵式空间任意点的线元ds^2=-c^2*dt^2+dx^2+dy^2+dz^2=-c^2dt^2+v^2dt^2,因为该观察者的标准钟与其保持相对静止,所以v=0 即线元ds^2=-c^2dt^2

由几何单位制,c=i=1,所以原式变为ds=dt 即一个观察者所经历的固有时是这个观察者的世界线长。

假设有两个完全一样的钟被放置在AB两地。我们可采用中点对钟法将两地的钟校准。我们说发生在AB两地的两个事件是同时的,如果AB两地的钟所指示的时间是一样的话。这个结论暗含有这样一个条件即在AB两地分别有两个观察者记录本地事件发生的时间,然后再将两个时间进行对比,判断这两个事件是否是同时发生的,判断的结果与AB两地的位置无关。从这个意义上说时间的同时性是绝对的。我们再看另一种情况,我们仍采用同样的方法将AB两地的钟校准。从A点观察AB两地同时发生的两个事件,得到的结论是A地的事件先于B地的事件,相差的时间与两地之间的距离有关。同理,从B点观察AB两地同时发生的两个事件,得到的结论则是B地的事件先于A地的事件。按照这个结论,时间的同时性又是相对的。所以说时间的同时性是相对的还是绝对的完全取决于时间是如何测量的。狭义相对论所涉及的是后一种情况。1971年,美国海军天文台把四台铯原子钟装上飞机从华盛顿出发,分别向东和向西作环球飞行。结果发现,向东飞行的铯钟与停放在该天文台的铯钟之间读数相差59纳秒,向西飞行时,这一差值为273纳秒。虽然在这次试验中没有扣除地球引力所造成的影响,但测量结果表明,“双生儿佯谬”是确实存在的。 疑问?貌似根据这个实验结论是不能证明双生子佯谬的,这个悖论的核心表达是 A > B的同时也存在B > A。在不怀疑实验过程的正确性前提下,只出现了A > B 这一种情况,而没有出现B>A的情况,也没有解释根据理论推导出的逻辑谬论跟实际结论之间如何修正来达到一致。相对论认为世界线A的长度就是留在地球上的兄弟A经历的时间,B的长度就是做星际旅行的兄弟B经历的时间,两条线不一样长,也就是说,双胞胎兄弟二人经历了不同长度的时间。哪一个人经历的时间长呢?有人会说直线比曲线短,那A比B经历的时间要短啊。双生子佯谬不是说B比A年轻吗?怎么会反过来呢?其实,并没有反过来,你之所以认为B线比A线长,是上了欧氏几何的当。我们通常用的几何是欧氏几何,两点之间以线段距离为最短。但在相对论中,四维时空的几何不是欧氏的,而是伪欧氏的。在伪欧氏几何中,斜边的平方等于两条直角边的平方差,两点之间以直线距离为最长。所以曲线B比直线A短,B经历的时间也就比A短。双胞胎中的星际旅行者经历的时间比地球上的同胞兄弟经历的时间短。因此返航会面时,B将比A年轻。双生子佯谬是真实的效应,它可以使宇航员在有生之年到达非常遥远的星系。 运动物体的情况又如何呢?假设有一枚火箭从A点运动到B点。火箭上装有校对好的时钟。我们仍采用中点对钟法在AB两点之间A1、A2、A3...放置一系列校对好的时钟,并在A1、A2、A3...的每一个位置上都设有一个观察员记录火箭经过的时间。一切就绪火箭出发了。在A点的观察员立刻发现火箭上的钟变得越来越慢了,时间变慢的速度与火箭的速度有关。而据A1、A2、A3...的观察员报告,火箭在通过他们所在的位置时,火箭上钟的指示与本地钟的指示是一样的。而在B点观察员则发现,在火箭未出发前,火箭上钟的指示已经比B点的时间慢了一些,但随着火箭逐渐接近,火箭上的时钟却变得越来越快,当到达B点时竟然与B点的时钟是一样的。如果在火箭里也有一个观察员,他会得到这样的结论即当火箭运动起来后,A点的钟变慢了,B点的钟变快了而沿途所经过的钟所指示的时间与火箭上的时间是一致的。在上面的例子中,火箭相对于A和B的运动方向是不同的,所以从A点和B点观察的结果也应是不同的,相对于A点时间是变慢了,相对于B点时间是变快了。时间是变快了还是变慢了取决于观察者与被观察的物体之间的距离是增加还是减少了,变快变慢的速度与两个物体之间的相对运动速度有关。

简单来说,正确。以下是详细说明。
首先,相对论研究的对象一般是质点或者光子的事件,或者也可以虚构一个观者,整体的一个人研究起来相当麻烦(引力过大可以把一个人扯碎,这个“人”就不是人了)。其次,相对论中时间的定义也相当麻烦,必须分清固有时和坐标时的区别,固有时是一个粒子真正经历的时间,而坐标时只不过是某个坐标的间隔而已,有时甚至可以不是类时的。
所以,这个命题更加科学的说法是:观者世界线的长度就是它的固有时。这是相对论中一个比较重要的结论。(以下符号^表示上标,_表示下标)
我们首先讨论狭义相对论,即忽略引力,背景是平直的四维闵氏时空(R^4,η_ab),某个质点在时空中运动可以画出一条世界线。我们可以①在某个惯性系中建立一个洛伦兹坐标系(x,y,z,t)(即四维空间中两两“垂直”的坐标系),它的线元为:dτ²=-dt²+dx²+dy²+dz²,此即四维时空中某两个“点”之间的“距离”平方,相对论中一般默认光速c=1,注意这里的dτ²是一个符号,它不是指某个数的平方,可正可负。对于实物粒子,速度达不到光速,它的世界线是类时曲线,dτ²<0,所以其固有时定义为△τ=∫√(-dτ²),其中积分是沿着世界线的;而对于光子,dτ²=0,所以光子没有固有时概念,或者也说光子的固有时是零(也就是一般人说的达到光速时间就“停止”的意思)。
另外,我们可以②相对于另外一个惯性系静止建立另一洛伦兹坐标系(t',x',y,z)(即洛伦兹变换,也叫伪转动);或者③把它平移一下,得到另外一个坐标系(t'',x,y,z);④旋转一下得到(t,x''',y''',z);⑤相对一个加速运动的观者建立一个伦德勒坐标系(θ,ρ,y,z);⑥甚至我可以在时空中随便画四组弯弯曲曲的线簇,只要它们“不平行”,就可以构成一组坐标系(a,b,c,d)……这些坐标系中的“t, t', t'', θ, a”我们可以把它叫做坐标时。原则上,只要沿着世界线的某个参数是单调变化的,我们就可以称它为“时间”,即坐标时。
虽然在不同坐标系(①~⑥甚至更多)下,线元dτ²的表达式各不相同,但是对于某两个确定的事件,其固有时△τ却是相同的。(就如同不管选直角坐标还是极坐标,平面上两点间的距离算出来始终相同。)或者我们可以说:坐标时是人为选定的,相对的;固有时是世界线的长度,绝对的。
过渡到广义相对论,即四维单连通流形配一个洛伦兹号差的度规(M,g_ab),它的线元定义为dτ²=(g_ab)(dx^a)(dx^b),其中重复指标求和,原则上有4×4=16项,但一般来说可以选择适当的坐标系使得交叉项为0,减少到4项。虽然其情况较狭相复杂得多,但结论还是类似的,仍然是:质点△τ=∫√(-dτ²);光子没有固有时。
例如Kruskal延拓的史瓦西时空中:在黑洞视界外面(r>2M)一般就选t为坐标时;而在视界里面(r<2M)由于坐标时沿线单调的约定,选择r作为坐标时更加方便。所以有人说:进入了黑洞时间与空间互换了。这个说法是片面的,因为坐标时只不过是人为选定的,而固有时仍然不变,粒子进入黑洞经历的时间仍然是世界线的长度!
最后再强调一点:度规体现时空本质,是绝对的;而坐标系是人为选定的,相对的。
参考:梁灿彬《微分几何入门与广义相对论》上册 6.1.4固有时与坐标时。

完全正确!


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关于爱因斯坦的相对论!
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请问爱因斯坦的相对论是什么意思?
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宏瑗新鱼: 简单来说,正确.以下是详细说明.首先,相对论研究的对象一般是质点或者光子的事件,或者也可以虚构一个观者,整体的一个人研究起来相当麻烦(引力过大可以把一个人扯碎,这个“人”就不是人了).其次,相对论中时间的定义也相当...

无为县15937345665: 相对论认为世界线的长度就是一个人所经历的时间这句话对么 -
宏瑗新鱼: 对的 固有时公式ds^2=-c^2dt^2 按几何单位制可写成 ds=dt 前者是世界线长 后者是固有时 因此世界线的长度就是一个人所经历的时间

无为县15937345665: 相对论认为世界线的长度就是一个人所经历的时间,对吗 -
宏瑗新鱼: 的,因为该观察者的标准钟与其保持相对静止,所以v=0 即线元ds^2=-c^2dt^2 由几何单位制,c=i=1,所以原式变为ds=dt 即一个观察者所经历的固有时是这个观察者的世界线长.确切的说一个观察者所经历的固有时是这个观察者的世界线长.设观察者与闵式空间任意点的线元ds^2=-c^2*dt^2+dx^2+dy^2+dz^2=-c^2dt^2+v^2dt^2

无为县15937345665: 对吗?相对论认为世界线的长度就是一个人所经历的时间?相对论认为世
宏瑗新鱼: 相对论认为世界线A的长度就是留在地球上的兄弟A经历的时间 差不多,一个意思. 麻烦好评,谢谢

无为县15937345665: 相对论认为世界线的长度就是一个人所经历的时间这句话对么 -
宏瑗新鱼: 对.确切的说一个观察者所经历的固有时是这个观察者的世界线长.设观察者与闵式空间任意点的线元ds^2=-c^2*dt^2+dx^2+dy^2+dz^2=-c^2dt^2+v^2dt^2,因为该观察者的标准钟与其保持相对静止,所以v=0 即线元ds^2=-c^2dt^2 由几何单位制,c=i=1,所以原式变为ds=dt 即一个观察者所经历的固有时是这个观察者的世界线长.

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