光速與時間 我有不同見解

2012-05-23 12:01 pm
看完一大堆科普觀念後...................

我疑惑為何相對論假定光速是絕對的而時間是相對的

例:
在0.5倍光速遠離地球飛行的太空梭上太空人向天花板上方打出手電筒的光線,愛因斯坦假定在太空梭內的人一秒鐘(假定秒速)後光線到達天花板,而在地球上的人來看光線已從地面飛行到1.5個光速/距離,所以地球上的人時間會過得比較久(太空人看光走一秒鐘=地球人卻看光走1.5秒的距離到達天花板=花了1.5秒)

但是
為何不是因為在太空梭內的光被0.5倍太空梭加速後導致地球上的人看到的是一秒鐘的時間從地球到達遙遠的太空梭內的天花板,與太空人看到的時間一樣久?

以上定義為時間是絕對而光速非絕對(與相對論相反)

看過很多科普舉例,但都是假定光速絕對:有一個舉例,有人以光速0.5倍在跑步,後面射來一道光,若是靜止的人一秒後會看到此光線,跑步的人也是一秒後會看到,這不是很沒頭緒嗎,

已看過很多文章,請舉證更多概念,但我看的全都是假設在光速絕對,導致時間變慢,貼一些不同理念的文章是非常歡迎的................
更新1:

感謝各位英雄好漢的回應,大家都蠻客氣的,僅在意見欄內作討論,卻相當有所建樹, 由 高萌度天狼星 novus 兩位同好的敘述中我了解到那是實驗後的結果(光速為絕對), 但,想到了一個實驗, 若上文中第二個例子若改為人拿著手電筒向前照,但人卻是向後以0.5光速跑,若光速為絕對,其結果必為一秒後光仍為向前距原點照了一秒的距離,加上人和手電筒向後跑了0.5秒的距離, 結果是光在這一秒內走了1.5個光速,試想,可能嗎?

更新2:

若手電筒的運動不能影響光的速度,那以上的實驗必為合理,反過來說,人靜止時手上向前的手電筒光照一秒的距離,和向前跑0.5個光速,一秒後的光照距離怎可能會一樣(原理論為光速恆定,向前加速的光最快也是30萬公里) 而由 江田島平八 JOCKEY 所述 我也覺得 若是沒有愛因斯坦,其實還會有另一位偉大的科學家名字會如其響亮的,畢竟偉大的科學家太多了,很多都不被廣為人知,我們知道的只是第一名,如同一百短跑,雖然第一名快了第二名0.05秒但聲名大噪,其實第二名雖被掩蓋,但他的實力仍為極極強,這舉例獻給意見欄中的Peter

更新3:

從 江田島平八 的舉例有了切確的了解 原來,光是非固體,所以不會被發射物加速而變快,這個敘述點破了我的盲點, 簡單且完全推翻我, 但我還是覺得時間不可倒轉,它應是單行道才對,有任何實驗有辦法表達出時間可逆轉的證據嗎?

更新4:

感謝Novus 補充兩點重要提示 讓我突然想通一件腦海中很久以前思索很久的一個問題 那就是為什麼小時後或者是某些時段可以讓時間過得相對慢的感受(如難得的旅行,當兵,拉肚子時,被狗追時,等心愛的人卻遲遲未來),原由是有一長段時間我都覺得我的時間過得很快,想拉住時間的繩索讓它慢一點,不然我的一個禮拜就像人家的一天,會出現想知道如何讓感受中的時間減慢是因為我有次看著時鐘的秒針,一秒一秒的走的非常得快,腦海中閃過小時候也曾莫名的盯著秒鐘看,那一秒一秒走得沒那麼快呀,後來有幾次有看過慢的,但還是很不想看到快的秒針,

更新5:

各位正在看此篇的朋友,你也有這樣的困擾嗎?你知道如何讓你生命的時間減慢嗎? 我剛剛想通了,答案就在上方括弧內(), 如果來得及,本篇關閉之前,我把我豁然開朗的困擾和大家分享,現在先賣個關子, 謝謝各位討論的朋友,讓有幸看到此篇的每位朋友對時間的認知更有科學觀念,

更新6:

突然想到,以上看秒針事件,都是在靜止下狀態,不是在雲霄飛車上~~~~~

更新7:

針對 風小凌 切確的敘述(非常感謝,也感謝其他知識分享者) 我詢問兩個疑惑 1.光若在原點發出(相對靜止的火把),人以3/4的光速離開,仍會在一秒後看到光? 例如太陽光射至地球需要八分半,光在抵達地球前,地球以光速遠離太陽,由於距離拉開極快,此時應該使光無法到達地球,而其兩艘空中太空船的舉例(不是實驗)讓我很困惑, 2.車子的聲音,日常就很有感觸,想問為什麼靠近中的車聲從遠方很遠就開始聽到且大聲,經過最近點後,車身很快就變小聲且很快就消失,音波理論上不會被車速推移而有所大小聲跟距離遠(駛來時)即聽得到的情況, 這兩點是我疑惑的直接問題

更新8:

感謝 風小凌 再次切確的解惑 以上兩點都被清楚的解答了 "你可以把持火把者視為正以3/4光速~朝反方向離你而去~~這時~你反而會發現它的時間走的比你慢..." 這表示雙方都覺得對方的時間比自己慢,開竅了我的觀念(接近光速旅行的人看地球上的人時間動作變慢了,因而旅行結束時進入未來,但地球上的人觀察在高速旅行的人也覺得是慢動作=====>為什麼不是地球上的人來到光速旅行者的未來(老態),兩者矛盾??怪哉)

更新9:

"球也以光速離開太陽~光確實無法抵達地球~但這就並非「相對性原理」~太空船的例子是因為兩者「互相接近」對方~這是符合相對性原理的....除非光從地球射出(射向外太空)~~我們可以說光本身沒移動~~而離開的是地球本身~~ " 看了快十分鐘,但完全理解,意思是說非光速就有相對性原理,而有其中一物(觀察者)為靜止時,其可假定為自身(觀察者)為光速移動,照成靜止的世界(針對觀察物來說為時間停止而看不到)

更新10:

"聲波的頻率的關係~~當救護車朝你迎面駛來時候~~車子越接近你~~聲波(的波長)隨著被擠壓變短~~你聽到的聲音就非常尖銳~~車離開你~越離越遠的時候~~此時聲波是被拉長的~~聲音因此變得低沉~~但音量一直都沒變~~ " 解釋的超清楚,原來振幅被"擠近"變成縮短呈現頻率變高,進而聲音出現"速度感",而高音敏感低音不敏感,並非音量變大聲或小聲, (對於以後有幸看本篇的朋友做註解和直接解答)

更新11:

對本次全篇的問答很滿足,要感謝各位參與討論的聰明科普知識家, 讓自身時間感覺變慢的關鍵就是:使心跳加快(舉例中的各狀態皆使心跳加快,小孩也比大人快),此時全身血液循環變快,人即便得敏感,感度變高,能解析的感受能力變強,時間變動的感受力都變好, 換句話說腦筋渾吞的人(如大量喝酒後)動作像慢動作,因為神經鈍化後思想\動作慢下來(此時時間十分鐘對其來說只是一瞬間),時光就會飛逝, 醒思至此,發現我覺得以前時間過太快居然是自己"意識渾吞太嚴重"~~~~~~~ 本篇完~~~

更新12:

再次謝謝各位,也給 風小凌 最佳解,你啟發我得很有效果,深入淺出,明白易瞭~

回答 (14)

2012-05-29 3:28 am
✔ 最佳答案
這一點~愛因斯坦在年輕時就做過思維實驗(即著名的Gedanken)思考光的奇異性質~~他想像自己以光速飛行~~手拿一面鏡子放在自己前面~~他看不看的到自己在鏡中的影像? 如果鏡子跟著愛因斯坦以光速前進的話~離開他臉上的光怎可能抵達的了鏡子? 他多年沉思導致了兩項所謂的相對性原理~~我把它簡化為下面2點~~
1. 世上沒有任何實驗能說明~你是靜止的或是以等速前進~~所有運動都是相對的~~所以沒有任何事物是真正靜止的~~
2. 光的行為類似波~因為光速跟光源本身的速度無關~但它同時也不需任何介質~跟其他的波不同~~
你可能會認為這2點陳述平淡無奇...好像不難懂...它的份量太輕而不足以解答兩個疑點...1.為什麼沒任何東西可以跑得比光快 2. 物體以高速運動時~時間會變慢...
這兩點聽起來也不難~但請相信我~~若接受上兩項陳述~~就等於把靈魂賣給魔鬼一樣~~~

首先我必須說~~上面兩點陳述是正確的~~要證明也很簡單~~第一項陳述只要做個簡單的實驗即可~~例如在等速前進的飛機裡讓球自由落下~這顆球會垂直掉到機艙地板上~跟在地面上進行這實驗一樣~~因此~~你大可以說~~飛機是靜止的~~而你腳下的地球正以數百公里的時速朝反方向移動~~另一個更明顯的舉例 : 兩架火箭在太空中以等速朝對方前進~如果這兩架火箭的引擎都已熄火~而它們只是在太空中「滑行」~它們永遠無法決定~它們是否同時接近對方~或者其中一架火箭是靜止的~~而另一架火箭正接近它~以附近的恆星為參考點也沒用~~因為誰敢說這顆恆星是絕對靜止的??
第2項陳述在1907年由麥克爾遜和摩爾利合作的實驗證明過(怕字太多我把它打到補充或意見區= =)
看完你會覺得這點好像不至於造成什麼損害~~但只要把這兩項陳述給合併~~問題就來了....(往下看之前我建議您先看完第二項陳述所舉的證明...)
我們已經確定~來自遠方光源的光~會以相同的速度朝我們飛來~~無論該光源的移動速度多快都一樣~~但由於光在旅行不須介質~我們無從透過介質來測量它的速度~~所以我們可以說~~不是光源移向我們~而是我們接近光源~~因為所有運動都是相對的~~這只是說明~~光遵循相對論第一原理~~
我們在回到剛剛兩架火箭互相接近對方的例子~~其中一架火箭上的太空人用一束光照向另一架火箭~~並測量光離開火箭時的速度~~由於他可以宣稱自己的火箭的靜止的~~在移動的是另一架火箭~~所以他會看到光以平時的秒速30萬公里離開火箭~~同時~~另一架火箭上的女太空人也可以說自己是靜止的~~她會測到光抵達自己的速度也是秒速30萬公里~並說明這沒啥好驚訝的~~因為光與光源移動的速度無關~~
兩架火箭的太空人都會測到相同的光速...這是很驚人的結果~也有違常理...因為這兩位太空人互相接近對方~~但測到的光速卻一樣??

現在我們可以回答愛因斯坦鏡子的問題~無論他的速度有多接近光速~他總是能看到鏡中自己的影像~~這是因為無論他的速度有多快~~他都會看到光以相同的速度~從他的臉抵達鏡子~~再傳回來~~

我們可以用更明確的方式來描速這個概念~~假設我點燃一個火把~然後請別人拿著火把~自己以相對於持火把者四分之三的光速~跟在火炬的光束旁跑...根據常識....各位可能認為~~光仍會跑在你前面~~而且相對於你而言~它的速度應該只有原先的四分之一...對不對 ?
不對~你所看到的光速~仍會跟持火把者測到的一樣!

2012-05-28 19:36:28 補充:
1907年~艾伯特●亞作拉罕●麥克爾遜和1880年代的艾德華●威廉斯●摩爾利合作一項實驗~~成為第一位榮獲諾貝爾獎的美國人~這可能是物理界最著名的實驗~麥克爾遜發明了干涉儀~~利用光的波動性質~~測量光速行經固定距離所需的時間~~它用這台干涉儀~證明了以太不可能存在!!

「以太」(又稱傳光以太)被認為是光的介質~如同聲波傳導需要介質~~海面上的波浪也需以水為介質~當時科學家認為~若是沒有傳播媒介~~就不會有波~因此~19世紀的物理學家才會認為~~已經確定是波的光~應該也要有傳播介質才對~但由徐沒人見過這種介質~~所以他們認為有必要證明它的存在....

2012-05-28 19:41:11 補充:
一項重要的物理學事實指出~~任河波的行進速度的與波源無關~~以車子為例~快速接近的車輛發出的聲音~聲波會比車子先抵達你~因為聲速比車速快~~但聲波需要介質(空氣分子)~~能以多快的速度傳播聲波而定~聲速並不會因為車子在後面"推"它而變快....車子前方的聲波只會在擠壓下~~變的頻率較高~波長變短(都卜勒效應)而已~但聲速本身並沒改變...

2012-05-29 19:55:10 補充:
1. 照理說是會立即看到~~畢竟你只以3/4的光速移動~仍沒有比光快~~光仍是比你先抵達目標物(目的地)...
我補充一點...火把的例子...你可能會疑惑...到底哪裡出了錯? 你看到的光跟離開火把時的光是一樣的...在此情形下~~以接近光速跟在光束旁邊跑的你...所看到的光~怎麼可能跟持火把者眼中看到的一樣??
這種情形要發生~~唯一的可能就是你的時間比持火把者還慢~~如果他測的到你手中的馬錶~他會發現你的馬錶比他走的馬錶得慢~就連心跳也比他慢...(但並非真的變慢~而是速度過快所造成的時間延遲~)

2012-05-29 19:55:50 補充:
相對於他而言~~你的一切都變慢了~~不只如此~~如果你可以暫時把光線拋開~根據相對論第一原理...你可以把持火把者視為正以3/4光速~朝反方向離你而去~~這時~你反而會發現它的時間走的比你慢...

地球也以光速離開太陽~光確實無法抵達地球~但這就並非「相對性原理」~太空船的例子是因為兩者「互相接近」對方~這是符合相對性原理的....除非光從地球射出(射向外太空)~~我們可以說光本身沒移動~~而離開的是地球本身~~

2012-05-29 20:13:34 補充:
2. 這很簡單~~音量跟音頻是不同的東西~~車子聲音沒變的時候~離你越進當然你就越覺得越大聲~~
音波理論上不會被車速推移而有所大小聲跟距離遠(駛來時)即聽得到的情況
這沒錯~~有聽過救護車的警笛聲吧~~為什麼救護車迎面朝著你來的時候~~聲音高而尖銳~~超過你之後遠離你的時候~聲音變得低沉?? 這並非聲音變小~~而是聲波的頻率的關係~~當救護車朝你迎面駛來時候~~車子越接近你~~聲波(的波長)隨著被擠壓變短~~你聽到的聲音就非常尖銳~~車離開你~越離越遠的時候~~此時聲波是被拉長的~~聲音因此變得低沉~~但音量一直都沒變~~
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2012-06-02 10:23 am
kaworuweb 你好,我是開板的同好
經過各個同好的洗禮,我來發表對於你的疑惑

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
第一個:地球也以光速離開太陽~光確實無法抵達地球

我的回答是:請看"無論他的速度有多接近光速"這句,當測量者非光速運動時,測量者(本身)看到的光也是光速,不論他運動速度為.99999光速,只是屆時測量者本身的時間相對於靜止的世界他的時間過得很慢,
而"光速離開的地球"=光和地球運動速度相等=0位移=沒有光線照入
我相信這是因為本篇寫多了會亂,你沒看清楚題目描述

2012-06-02 02:23:53 補充:
第二個
>地球也以光速離開太陽~光確實無法抵達地球~但這就並非「相對性原理」
為什麼這樣會『並非相對性原理』!?

我的回答是:上面回答的"=0位移",因此怎麼會有什麼相對運動,所以沒有什麼原理

>我們可以說光本身沒移動~~
你自已不是說了, 任何觀察座標系的光速都是30萬km/s.
哪個觀察者會發現光是不動的!??

我的回答是:當"=0位移"時,光速測不到,就沒有30萬公里的東西,但測量者若非光速(.99999光速),就可以測到光速,因為他的時間變慢,對他來說,光速還是30萬公里,
2012-06-01 10:09 am
>地球也以光速離開太陽~光確實無法抵達地球
以你舉的愛恩斯坦照鏡子為例.
愛恩斯坦 = 太陽 (但既然你說發射的光跟光源無關, 所以這不重要).
光速鏡子 = 光速離開的地球.
你說愛恩斯坦可以照到鏡子 , 所以光確實有射到鏡子.
so何以說『光確實無法抵達地球』??


>地球也以光速離開太陽~光確實無法抵達地球~但這就並非「相對性原理」
為什麼這樣會『並非相對性原理』!?

>我們可以說光本身沒移動~~
你自已不是說了, 任何觀察座標系的光速都是30萬km/s.
哪個觀察者會發現光是不動的!??
2012-05-27 8:51 pm
peter的思考模式是科學研究者的大忌,權威跟真理是兩碼子事。
2012-05-27 7:49 pm
光速其實不是絕對的

會因各種不同的媒介(介質)而有不同的改變

最近的科學實驗你可以去看看

2012-05-27 11:51:09 補充:
以前的人也錯誤的認為音速不會改變

但自從有能力突破音速之後

就沒有人會再有這種想法了

同樣的

如果未來有科技能突破光速的話

將會認為我們[現代這些科學家的想法都是非常可笑]
2012-05-24 10:17 am
不過我真的覺得不會有任何人能夠超越愛因斯坦,頂多只能與他並駕齊驅
1905年被稱為愛因斯坦的奇蹟年:
三月論文為革命性的光量子假說,四月論文為五月論文鋪了路,五月論文使人們能夠"看見"原子,六月的狹義相對論,以及九月最著名的方程式E=mc^2
而1916年的廣義相對論更被譽為是人類知識的登峰之作、有史以來純粹思維的最偉大成就。如果沒有愛氏,可能遲早也會被發展出來,但你能大膽斷定其絕對不會比愛氏的成就還要更令人讚嘆。
愛因斯坦本身就是個奇蹟
2012-05-24 2:28 am
樓上P先生 --- 200年內也不會有另一位愛因斯坦。 ----

這句話說得太重了 .. 相對論20世紀初已經快呼之欲出了

當時勞倫茲出了的勞侖茲變換..公式和後來的相對論是一樣的

只差沒有對時間提出改變的公式

------ 為何不是因為在太空梭內的光被0.5倍太空梭加速 -------

版大..100多年前 ..已經有做過類似的試驗了(尋找乙太) .. 結果發現光速不受運動而改變 .. 這實驗導致相對論的催生 (愛因斯坦 當時否認 知道此實驗)

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%BF%88%E5%85%8B%E8%80%B3%E5%AD

2012-05-24 14:25:48 補充:
如果對鏡子照射雷射手電筒 (假設來回需要1秒)..發出光後 然後迅速往前或往後移動

最後接收的距離改變了 .. 時間當然不再是一秒鐘 .. 可能是更長 或更短

但無論 發射者 怎樣動 .. 最後接收到的光速是不變的..但波長可能變長或變短了

光速不會因為你的運動而被加速 或減速

飛碟以0.5光速向你移動..然後朝你發射雷射砲 ..最後你測量到的雷射 還是一般的光速.. 不會有改變 ..(而版大認為應該是 1.5倍的光速 ..這部分是錯的)

光速不受光源的運動而改變速度 .. 同樣的 ..接收者改變速度 .. 也不會改變接收到的光速
2012-05-24 1:03 am
1900年代,出現過許許多多偉大的物理學家,唯獨只有一位愛因斯坦。
1900年代,出現過許許多多偉大的科學理論,唯獨只有愛因斯坦提出相對論。

若無愛因斯坦,近代物理不會在短短的30年內完成。

若無愛因斯坦的廣義相對論,人類抬頭看太空,將會像古人一樣茫然。200年內也不會有另一位愛因斯坦。
2012-05-23 10:42 pm
在一百多年前確實比較多人認為光速是相對、時空是絕對的。如果這個前提成立,馬克士威電磁學會遇到大問題,因為電磁學的基礎定律將無法在伽利略變換下保持一致。

但問題是就算認定電磁學定律有誤,也沒有人知道錯在哪裡或該如何修正,畢竟電磁學完美地吻合一切實驗觀察。有人試圖用「以太說」來解釋電磁學定律為何不滿足伽利略變換,但是麥克生-莫立實驗否定了以太說,並且確立了光速不變,這個實驗在後續一百年內持續改進到非常高的精度。

所以光速不變並不是某人沒由來的有趣想法,而是獲得目前最佳的實驗結果支持。

2012-05-23 14:43:15 補充:
後來以光速不變為基礎的狹義相對論可以成功預測許多事情,像是
1.高速運動粒子的壽命
2.粒子加速器碰撞的能量(不符合牛頓力學,但是吻合狹義相對論加入的修正)
3.高速飛行時原子鐘的偏差(如 Hafele–Keating 實驗和後續的改良版本),這項結果對 GPS 時間校正很重要。

在假設光速相對、時空絕對的傳統觀點中,上面這些現象完全無法解釋。

2012-05-27 15:51:19 補充:
你最後的問題不容易在這裡解釋清楚,我只提醒你注意兩件事
1. 不同慣性座標系的時間、空間尺度都不一樣,所以他們認為的1秒、1公尺是不一樣的。
2. 不同慣性座標系的人用他們自己的時空尺度來測量光速,結果都一樣。

至於時間的本質以及是否可逆,目前仍然沒有定論。一個有趣的現象是,在微觀世界裡似乎沒有任何時間不可逆的理由,但是在巨觀世界裡時間會被「熵」強制往一個方向走。
2012-05-23 5:13 pm
光速在認何慣性參考系都為一個定值這是以被證實的(麥克生-莫立實驗)

而就因為光速為恆定的這種現象才進階的導出時間在某些情況是延緩的

2012-05-23 09:19:27 補充:
所以光速是絕對的~~
2012-05-23 5:13 pm
光速是絕對的原因是;

目前光速是人來已知而計算出來的最高速度,在以光速為前提下所研究的理論

,都是以光速為基本概念,故板主有此疑問是正常的。

不過版主要先釐清一個概念,就是時間的定義,一般人對時間的定義多半都是

過了多久、現在時候,也有些科幻片強調回到過去;前往未來,這些都是不切

實際的,因為時間 只是人類用來計算長度的單位,版主到此又會有疑問,

公厘、公分、公尺、公里不是才是計算長度的單位嗎?,其實時間也是計算長

度的一種單位,太陽光到地球的時間約為8光分,這是指光跑了多長的距離才到

特定地點的長度,在封閉空間內,時間的感受也許會不一樣,但是基本上並無

改變,如搭乘飛機到目的後,會與當地時間有差異,實際上總時間長度並無改

變,相對論的定義也是在解釋在光速下,一些物理法則的基本定義,時間並不

是絕對的,會因速度的增減,感受會有所變化,但在光速的前提下,基本並無

改變,就向進行光速活動的生命,會比正常時間活的長,但是基本並無改變,

假設10年為例;光速活動的會比正常的多活30年,但是10年就是10年,基本並

無改變,只是在接近光速下,外在的正常時間就跟光速的時間有所區別,其實

一樣都是10年,只是在速度的改變下,變的不同而已。記的天文版有很多能人

,也許他們能給出更好的答案。

(時間只是計算空間長度的單位,故此並無返回過去、前進未來之可能。)

(一切的物理法則,在黑洞的事件平面下並無作用,因無法觀測奇異點。)
參考: 無


收錄日期: 2021-04-20 12:48:50
原文連結 [永久失效]:
https://hk.answers.yahoo.com/question/index?qid=20120523000015KK01327

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