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時間膨脹

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船長同船員齊齊坐住超級太空船港龍號探索太空
船長:「吖,我唔記得講,我哋要用光速 99.9% 咁快嘅速度航行,我哋回程嗰陣地球應該過咗成二百年咁耐,你哋啲親朋好友到時應該已經死晒。」
船員:「你講咩話?」

時間膨脹粵拼si4 gaan3 paang4 zoeng3英文time dilation)係指兩個時鐘過咗嘅時間唔一致,可以想像成「其中一個鐘嘅時間流動得慢咗」噉。以廿一世紀初嘅物理學睇,呢種現象可以係因為兩個鐘之間有個相對速度(主要係狹義相對論講嘅嘢)或者兩個鐘身處喺好唔同嘅重力場裡便(主要係廣義相對論講嘅嘢)。

源於相對速度

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首先,思考吓狹義相對論最基本嗰兩句命題[1]

  1. 物理法則唔會因為用嘅慣性參考系唔同咗而變樣;
  2. 無論啲觀察者同個光源點郁(無論由邊個慣性參考系睇),所有觀察者睇到嘅速度都係一樣嘅。

簡化啲講,慣性參考系可以當係「一位冇加速或者減速嘅觀察者望其他物體郁動」嘅觀點[2]:p 11.1

時間膨脹條式係噉嘅:

-「一個參考系外觀察者所經過嘅時間」()等如原時)除以「1 減移動觀察者嘅速度嘅二次方)除光速嘅二次方()」嘅開方[3]

孖胎悖論

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内文:孖胎悖論
睇埋:時空圖

孖胎悖論係有關時間膨脹嘅一條問題。

如果家陣有對孖生兄弟,阿快同阿慢,阿慢留喺地球,而阿快就坐住超級太空船以光速 99.9% 咁快嘅速度飛去南門二(距離地球大約 4.3 光年咁遠嘅一個恆星系統)嗰度再飛返地球;到底阿快返到地球嗰陣,邊個會老啲(過咗嘅時間多啲)呢?原則上,阿慢係停喺地球上唔郁,但係由阿快嘅角度望,佢可以話阿慢同地球先至係以接近光速嘅速度飛離佢嗰一方。

不過要留意,喺呢個情況下,阿快飛離地球再回航,表示佢實係有非零嘅加速度,所以佢唔係一個慣性參考系。亦要留意,如果阿慢由地球觀察阿快個鐘(想像佢有好勁嘅望遠鏡),佢睇到嘅光需要用一啲時間先至可以去到佢嘅眼度[4]

源於重力差異

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虛構作品描述

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睇埋:科幻時空穿梭

原則上,時間膨脹表示時空穿梭的確係有可能嘅:想像一個人坐上一架高速嘅太空船,以接近光速咁快嘅速度航行,可能佢感覺過咗兩個月,返到地球嗰陣地球已經過咗 200 年咁耐—佢可以算係經歷咗去未來嘅時空穿梭,不過係去咗冇得返過去嗰隻。

睇埋

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引述

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  1. Albert Einstein (1905) "Zur Elektrodynamik bewegter Körper", Annalen der Physik 17: 891; English translation On the Electrodynamics of Moving Bodies by George Barker Jeffery and Wilfrid Perrett (1923); Another English translation On the Electrodynamics of Moving Bodies by Megh Nad Saha (1920).
  2. 第 11 講:時空:狹義相對論嘅入門
  3. Cassidy, David C.; Holton, Gerald James; Rutherford, Floyd James (2002). Understanding Physics. Springer-Verlag. p. 422.
  4. How does relativity theory resolve the Twin Paradox?. Scientific American.

詞彙

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以下係篇文用咗嘅詞彙嘅粵英對照,啲拼音用嘅係粵拼

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