解释: 时间膨胀是说时间并不是永远以我们感受到的现在的这种速度进行的,它也会发生变化.它一般是和速度有关的.速度越快,越接近于极限速度,时间就会越慢(这里有个名词:极限速度.我们所处宇宙的极限速度是光速,但并不是所有的宇宙其极限速度都是光速,可能更快,也可能更慢).举个设想的例子说吧,假如有一个人一分钟的心跳是60下,当他高速运动时,如果速度足够大,他的心跳可能会变成40下,20下,甚至更慢.因为随速度的增加,他的时间变慢了,他自身的新陈代谢也随之变慢.这样,相对于他的时间就发生了膨胀. 【发现过程】 我们通常会认为，光波的速度因与我们运动的方向相同或相反或取各种中间角度而有所不同。令人惊奇的是，爱因斯坦却认为事实上不会是这样。20世纪初，爱因斯坦就认识到，我们的时空观并不完善。他是通过分析电和磁相结合产生电磁辐射（例如光辐射）特性的规律得出这个结论的。他认为，如果光在一切测量中具有协调一致的特性的话，在物理学中光速必定扮演着主要角色。特别是，真空中的光速必须不变，无论光源和观察者做什么样的相对运动，真空光速总是每秒三十万千米。 【牛顿与爱因斯坦的对立】 17世纪，牛顿曾提出过一个相对性的经典说法。当时他主张，作为参照基准的参考框架，无论做什么样的匀速直线运动，都不会对实验（包括物理的运动）产生影响。爱因斯坦认为这种说法与他的电磁学理论格格不入，当他试图搞清楚以光速运动的观察者所看到的光波将会是什么样时，他遇到了纠缠不清的情景。于是他清醒地认识到，为了在物理学领域取得协调一致的答案，就不能把空间只是看成供我们生活居住的容器。它还必须具有某些特性，例如人们以高速运动时，时间尺度将会改变，同时，空间尺度也会改变。在这个意义上，空间和时间是缠绕在一起的，空间和时间原是同一件事物不同的相对表现形式。 牛顿的绝对时空就是哲学或人们通常意义上所感受的时空，即在每一刻，都对应整个宇宙的某一态。从牛顿的绝对时空看来，这星光传播过程中，时间就一直在变大，在膨胀。 现今世界上最具权威的美国《科学》杂志，最近一期一篇文章明确指出，宇宙膨胀不是光的多谱勒效应，是时空本身的膨胀，而实际天文观测证实的，包扩哈勃红移在内，都是时间膨胀的结果，其它都是围绕时间的膨胀展开的理论分析和推测。 分析时间的膨胀，就涉及时空本质的理解，就物理学而言，我们就有两种时空：牛顿的和爱因斯坦的。 牛顿的时空称绝对时空,表面看起来,它的时间和空间是毫不相关的,实际上,从它的引力所具有的无限大速度的假设,可以知道, 牛顿的绝对时空就是哲学或人们通常意义上所感受的时空,即在每一刻,都对应整个宇宙的某一态。从宇宙的各向同性和平滑性，知这一刻对一态虽然在观测上不可行，但理论和人们思维上却是可行的。空间的三维始终应对时间的一维，这是用思维观时空，是横向看时空，空间的三维和时间的一维一一对应，我称之为三一时空。三一时空的同时性并不是没有物理实质，如产生了量子纠缠的量子所具有的同时性。 爱因斯坦的时空称相对时空，它以观察者为核心，强调可观察，是用眼睛看时空，以光速为极限，将过去和现在联系在一起，是纵向看时空，时间和空间缠绕在一起，人称四维时空。爱因斯坦曾有过一个设想，当一个人以光速运动时，一道光在人眼前穿过，这个人所看到的光应为弯曲的。 时间的膨胀是观察者观察的结果，是四维时空的产物，时间倚观察者而变，观察者的时间代表着真实的唯一存在，是四维时空模型中时间的最大值；观察者的时间代表着此刻，若设这个时间为零，其它被观察体的时间都为负值。在观察者本身却无法发现时间膨胀的原因，必须横向看时空，用牛顿的绝对时空观，就能发现时间膨胀的原因。 例子：假设一星体离地球60亿年，星像分离的一刻，宇宙的态对应时间为T，10亿年过去，这星体的像走了10亿光年，宇宙的态对应时间为T+10；再10亿年过去，这星体的像又走了10亿光年，宇宙的态对应时间为T+20；最后，经过T+30，T+40，T+50，到达地球时，宇宙的态对应的时间为T+60亿年。从牛顿的绝对时空看来，这星光传播过程中，时间就一直在变大，在膨胀。 从横向思考时空，就会发现一个星体的像离开实体一刻起，在传播过程中，时间就一直在膨胀，直到被观察者接收为止。由于星体和观察者之间的时间膨胀是一定的，我们收到的星光的红移值就是一定的。 这时间膨胀现在被解释为空间的膨胀，即这星光经过的路程被延长，延长的原因是过去比较热，空间热膨胀，道理上应能说得过去，但事实是现在空间已经这么冷了，我们却发现时间膨胀在加速，时间膨胀解释为空间膨胀就说不过去了。空间性质的改变也能造成时间的延长，比如光不从空气中而从水中传播，接收者就会发现时间延长了。由热力学第二定律看，时间是不可逆的，空间尽管是真空，随时间的性质变化也是不可逆的。真空性质能有什么变化？真空的电场磁场引力场总在，电向磁的变化，引力的变化都是不可逆的。 宇宙的星系一直都在不断变化中，空间的性质也在不断变化中。就地球而言，地球在诞生时空间还没有大气，也不是一个蓝色星球；现在地球的温室效应，地球膨胀引起的空间的膨胀，都会产生空间性质的变化，同样会产生时间膨胀效应。空间本身由电向磁的转换，即由红向蓝的转变，就当然地造成红移，时间的膨胀。 也许这一切分析都是多余的，时间的膨胀就是时间的膨胀，从被观察物体到观察者，横向看时空，就有时间膨胀发生；太阳光到地球就有红移发生，不能也不要把时间变换成我们能理解的空间的什么东西，这样会犯错误的。道可道, 非常道; 时间是我们永远猜不完的谜。 【时间膨胀的应用】 时间膨胀是相对论效应的一个特别引人注意的例证，它是首先在宇宙射线中观测到的。我们注意到，在相对论中，空间和时间的尺度随着观察者速度的改变而改变。例如，假定我们测量正向着我们运动的一只时钟所表明的时间，我们就会发现它要比另一只同我们相对静止的正常走时的时钟走得慢些。另一方面，假定我们也以这只运动时钟的速度和它一同运动，它的走时又回到十分正常。我们不会见到普通时钟以光速向我们飞来，但是放射性衰变就像时钟，这是因为放射性物质包含着一个完全确定的时间标尺，也就是它的半衰期。当我们对向我们飞来的宇宙射线M作测量时，发现它的半衰期要比在实验室中测出的22微秒长很多。在这个意义上，从我们观察者的观点来看，M内部的时钟确实是走得慢些。时间进程拉长了，就是说时间膨胀了。 我们完全清楚，在平常的生活中看不出空间和时间有这种畸变。这是因为我们不涉及已接近光速运动的事物。事实上，相对论现象的特性由物体速度与光速平方之比这样一个比率来决定。当所研究的物体的运动速度超过光速的十分之一时，这个比率才变得重要，因为此时该比率增大到百分之一以上。这样的高速领域几乎只局限在高能物理学家们的经验中。由于我们通常不会涉及这样高的速度，所以狭义相对论的许多结论都使我们感到惊奇。实际上，这些结论确实有些复杂，但早已证实了狭义相对论的完美，并且在处理低速运动时又几乎严格地与我们所熟悉的物理规律一致。 时间膨胀对于未来的宇宙探索，旅行等都有巨大的作用，而它也不断出现在科幻小说家的笔下，并有了许多优秀的作品。 【时间膨胀效应的实验】 1、实验原理 使用传统所用的摆钟，要比较“动钟”和“静钟”的快慢，不可回避地存在一个“二次相遇”的难题；但是对于原子钟而言，这个问题已经不复存在。爱因斯坦在1952年为《狭义与广义相对论浅说》英译本第15版添加的“附录”中写道：“我们可以将发出光谱线的一个原子当作一个钟”（2-P106），实际上原子钟仅指原子本身而已，跟那结构相当复杂的“钟体”并没有关系。这样一来，我们就有了在实验室内完全静止的条件下比较两台“原子钟”快慢的前提。 只需要知道两台原子钟工作时的温度差异，就可以定性地获悉两台钟铯原子喷射速度的大小；如果知道两台钟铯原子喷射的具体速度，就不难定量地测出△ν和△V之间的对应关系。依据两个展开式可知：如果△ν∝△V，用（1）式解释是正确的；反之用(2)式解释是正确的。 2、实验条件 选取两台频率一致性和长期稳定性均在10-13量级以上的铯钟，条件是己知两台钟工作时的温度、最好是铯束喷射速度存在较大差异。只需要将两台钟和比相仪或时间间隔器相联结，经过一定的时间间隔就可以依据记录曲线判定哪种解释是正确的。 3、预期结果 实验结果可以证明：狭义相对论揭示出的横向多普勒频移，应该是频率增大、即向光谱的蓝端移动；正确的解释应该是“时间收缩”，或曰“运动时钟变快”。
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