愛因斯坦創(chuàng)建的相對論（狹義相對論與廣義相對論）是人類物理學史上一筆高貴的財富，如今相對論已經被應用到衛(wèi)星、航天、宇宙天體等各個領域，但是由于相對論提出的各種效應與人們的生活常識相悖，所以導致直至相對論提出后一百多年的今天，人們對于相對論的質疑始終沒有停止，最難理解的就是愛因斯坦在狹義相對論中提出的時間膨脹效應。

時間膨脹效應

時間膨脹效應分為兩種，第一種是狹義相對論中提出由速度引起的時間膨脹，第二種是廣義相對論中提出的由引力引起的時間膨脹，這篇文章重點講一講由速度引起的時間膨脹，即運動的時鐘要比靜止的時鐘走的慢，時鐘是用來衡量時間流逝的標準，所以我們也可以理解為運動物體要比靜止物體時間流逝得慢，這種效應又被成為鐘慢效應。

時間為何會發(fā)生膨脹呢？

在我們的常識認知中，上帝應該是平等，上帝賦予每個人的時間和時間流逝速度是相同的，沒有任何一種客觀或主管因素能夠影響時間，不存在你的時間快、我的時間慢這種現(xiàn)象，的確，這個觀點看起來沒有任何問題，而且在20世紀前，不論是實驗或者理論都是以這個絕對時間觀為基礎的，科學家也沒有發(fā)現(xiàn)這個絕對時間觀有什么問題，但這個絕對時間觀成立是有條件的，條件就是絕對時空觀適用于宏觀低速世界，相較于以每秒30萬公里運動的光而言，在我們生存的世界中物質運動實在是太慢了，所以這種絕對時空觀在宏觀高速世界中也就不適用了。

速度引起時間膨脹，這絕對不是一個假設，在數學角度上可以使用從洛倫茲變換中推導出來，而從物理角度上來說，我們也可以使用一個簡單的光子鐘實驗來證明它。

時間膨脹證明之光子鐘實驗

光子鐘實驗十分簡單，首先我們需要利用光子制作一個可以記錄時間的時鐘（使用光子鐘只是紀錄時間的一種方法，我們也可以使用地球自轉、甚至人體內的細胞分裂等規(guī)律運動來紀錄時間，其本質都是沒有區(qū)別的），先找兩面中間保持一定距離且平行的鏡子，然后讓光子在這兩面鏡子中做直線運動，因為光速是恒定，距離也是恒定的，所以光子會在兩面鏡子中間做勻速直線運動，因為光子的運動距離、運動速度都是確定的，所以我們可以這樣規(guī)定：光子在鏡子中上下運動十萬個周期定義為一秒（這個秒就是個代號，代表光子運動間隔，與正常時鐘中的一秒沒有任何聯(lián)系），好了，到此光子鐘就制作完畢了。

證明時間膨脹需要兩個光子鐘，將一個光子鐘放在地球上，另外一個光子鐘放在高速飛行的飛船中，如果兩個同時處于靜止的狀態(tài)，那么兩個光子鐘中的運動應該是完全同步的，那么兩個光子鐘所記錄的時間也應該是完全相同的，但是將一個光子鐘放在地球上，而另外一個光子鐘放在高速飛行的飛船中則完全就是另外一種情況。

對于地球上的人來說，紀錄時間要使用地球上的光子鐘，因為地球上的人與光子鐘都在一個參考系中，對于地球上的人來說，地球上的光子鐘中的光子永遠都是一上一下的運動，但是如果地球上的人為參照物去看飛船上的光子鐘呢？

如果以地球上的人作為參照物，那么飛船上的光子就不僅僅是做一上一下的直線運動了，因為對于地球上的人來說，飛船本身還向前運動，所以光子處于一上一下運動與向前運動的疊加狀態(tài)，所以飛船上光子鐘中的光子做一次上下運動的距離就要比地球上的光子鐘中的光子要長，飛船運動的越快，光子上下運動的距離就越長，時間等于距離除以速度，當光子的速度不變（光速不變原理，）距離增加就會導致光子鐘的時間變長，那就光子鐘的時間變慢。

從上面這個光子鐘的實驗可以得出這樣的結論：正在進行高速運動的光子鐘要比處于靜止狀態(tài)的光子鐘做的慢，也就是說物體的運動速度越快，在對應觀察者的參考系中來說：其時間流逝越慢，根據勾股定理可以得出時間變化公式：

好了，關于光子鐘的實驗到這里就講解完畢了，如果有什么想法或不懂的地方，歡迎在下方評論區(qū)留言哦