時間為什麼在高質量的星球上膨脹

1. 解釋：時間膨脹。

解釋: 時間膨脹是說時間並不是永遠以我們感受到的現在的這種速度進行的,它也會發生變化.它一般是和速度有關的.速度越快,越接近於極限速度,時間就會越慢(這里有個名詞:極限速度.我們所處宇宙的極限速度是光速,但並不是所有的宇宙其極限速度都是光速,可能更快,也可能更慢).舉個設想的例子說吧,假如有一個人一分鍾的心跳是60下,當他高速運動時,如果速度足夠大,他的心跳可能會變成40下,20下,甚至更慢.因為隨速度的增加,他的時間變慢了,他自身的新陳代謝也隨之變慢.這樣,相對於他的時間就發生了膨脹. 【發現過程】 我們通常會認為，光波的速度因與我們運動的方向相同或相反或取各種中間角度而有所不同。令人驚奇的是，愛因斯坦卻認為事實上不會是這樣。20世紀初，愛因斯坦就認識到，我們的時空觀並不完善。他是通過分析電和磁相結合產生電磁輻射（例如光輻射）特性的規律得出這個結論的。他認為，如果光在一切測量中具有協調一致的特性的話，在物理學中光速必定扮演著主要角色。特別是，真空中的光速必須不變，無論光源和觀察者做什麼樣的相對運動，真空光速總是每秒三十萬千米。 【牛頓與愛因斯坦的對立】 17世紀，牛頓曾提出過一個相對性的經典說法。當時他主張，作為參照基準的參考框架，無論做什麼樣的勻速直線運動，都不會對實驗（包括物理的運動）產生影響。愛因斯坦認為這種說法與他的電磁學理論格格不入，當他試圖搞清楚以光速運動的觀察者所看到的光波將會是什麼樣時，他遇到了糾纏不清的情景。於是他清醒地認識到，為了在物理學領域取得協調一致的答案，就不能把空間只是看成供我們生活居住的容器。它還必須具有某些特性，例如人們以高速運動時，時間尺度將會改變，同時，空間尺度也會改變。在這個意義上，空間和時間是纏繞在一起的，空間和時間原是同一件事物不同的相對表現形式。 牛頓的絕對時空就是哲學或人們通常意義上所感受的時空，即在每一刻，都對應整個宇宙的某一態。從牛頓的絕對時空看來，這星光傳播過程中，時間就一直在變大，在膨脹。 現今世界上最具權威的美國《科學》雜志，最近一期一篇文章明確指出，宇宙膨脹不是光的多譜勒效應，是時空本身的膨脹，而實際天文觀測證實的，包擴哈勃紅移在內，都是時間膨脹的結果，其它都是圍繞時間的膨脹展開的理論分析和推測。 分析時間的膨脹，就涉及時空本質的理解，就物理學而言，我們就有兩種時空：牛頓的和愛因斯坦的。 牛頓的時空稱絕對時空,表面看起來,它的時間和空間是毫不相關的,實際上,從它的引力所具有的無限大速度的假設,可以知道, 牛頓的絕對時空就是哲學或人們通常意義上所感受的時空,即在每一刻,都對應整個宇宙的某一態。從宇宙的各向同性和平滑性，知這一刻對一態雖然在觀測上不可行，但理論和人們思維上卻是可行的。空間的三維始終應對時間的一維，這是用思維觀時空，是橫向看時空，空間的三維和時間的一維一一對應，我稱之為三一時空。三一時空的同時性並不是沒有物理實質，如產生了量子糾纏的量子所具有的同時性。 愛因斯坦的時空稱相對時空，它以觀察者為核心，強調可觀察，是用眼睛看時空，以光速為極限，將過去和現在聯系在一起，是縱向看時空，時間和空間纏繞在一起，人稱四維時空。愛因斯坦曾有過一個設想，當一個人以光速運動時，一道光在人眼前穿過，這個人所看到的光應為彎曲的。 時間的膨脹是觀察者觀察的結果，是四維時空的產物，時間倚觀察者而變，觀察者的時間代表著真實的唯一存在，是四維時空模型中時間的最大值；觀察者的時間代表著此刻，若設這個時間為零，其它被觀察體的時間都為負值。在觀察者本身卻無法發現時間膨脹的原因，必須橫向看時空，用牛頓的絕對時空觀，就能發現時間膨脹的原因。 例子：假設一星體離地球60億年，星像分離的一刻，宇宙的態對應時間為T，10億年過去，這星體的像走了10億光年，宇宙的態對應時間為T+10；再10億年過去，這星體的像又走了10億光年，宇宙的態對應時間為T+20；最後，經過T+30，T+40，T+50，到達地球時，宇宙的態對應的時間為T+60億年。從牛頓的絕對時空看來，這星光傳播過程中，時間就一直在變大，在膨脹。 從橫向思考時空，就會發現一個星體的像離開實體一刻起，在傳播過程中，時間就一直在膨脹，直到被觀察者接收為止。由於星體和觀察者之間的時間膨脹是一定的，我們收到的星光的紅移值就是一定的。 這時間膨脹現在被解釋為空間的膨脹，即這星光經過的路程被延長，延長的原因是過去比較熱，空間熱膨脹，道理上應能說得過去，但事實是現在空間已經這么冷了，我們卻發現時間膨脹在加速，時間膨脹解釋為空間膨脹就說不過去了。空間性質的改變也能造成時間的延長，比如光不從空氣中而從水中傳播，接收者就會發現時間延長了。由熱力學第二定律看，時間是不可逆的，空間盡管是真空，隨時間的性質變化也是不可逆的。真空性質能有什麼變化？真空的電場磁場引力場總在，電向磁的變化，引力的變化都是不可逆的。 宇宙的星系一直都在不斷變化中，空間的性質也在不斷變化中。就地球而言，地球在誕生時空間還沒有大氣，也不是一個藍色星球；現在地球的溫室效應，地球膨脹引起的空間的膨脹，都會產生空間性質的變化，同樣會產生時間膨脹效應。空間本身由電向磁的轉換，即由紅向藍的轉變，就當然地造成紅移，時間的膨脹。 也許這一切分析都是多餘的，時間的膨脹就是時間的膨脹，從被觀察物體到觀察者，橫向看時空，就有時間膨脹發生；太陽光到地球就有紅移發生，不能也不要把時間變換成我們能理解的空間的什麼東西，這樣會犯錯誤的。道可道, 非常道; 時間是我們永遠猜不完的謎。 【時間膨脹的應用】 時間膨脹是相對論效應的一個特別引人注意的例證，它是首先在宇宙射線中觀測到的。我們注意到，在相對論中，空間和時間的尺度隨著觀察者速度的改變而改變。例如，假定我們測量正向著我們運動的一隻時鍾所表明的時間，我們就會發現它要比另一隻同我們相對靜止的正常走時的時鍾走得慢些。另一方面，假定我們也以這只運動時鍾的速度和它一同運動，它的走時又回到十分正常。我們不會見到普通時鍾以光速向我們飛來，但是放射性衰變就像時鍾，這是因為放射性物質包含著一個完全確定的時間標尺，也就是它的半衰期。當我們對向我們飛來的宇宙射線M作測量時，發現它的半衰期要比在實驗室中測出的22微秒長很多。在這個意義上，從我們觀察者的觀點來看，M內部的時鍾確實是走得慢些。時間進程拉長了，就是說時間膨脹了。 我們完全清楚，在平常的生活中看不出空間和時間有這種畸變。這是因為我們不涉及已接近光速運動的事物。事實上，相對論現象的特性由物體速度與光速平方之比這樣一個比率來決定。當所研究的物體的運動速度超過光速的十分之一時，這個比率才變得重要，因為此時該比率增大到百分之一以上。這樣的高速領域幾乎只局限在高能物理學家們的經驗中。由於我們通常不會涉及這樣高的速度，所以狹義相對論的許多結論都使我們感到驚奇。實際上，這些結論確實有些復雜，但早已證實了狹義相對論的完美，並且在處理低速運動時又幾乎嚴格地與我們所熟悉的物理規律一致。 時間膨脹對於未來的宇宙探索，旅行等都有巨大的作用，而它也不斷出現在科幻小說家的筆下，並有了許多優秀的作品。 【時間膨脹效應的實驗】 1、實驗原理 使用傳統所用的擺鍾，要比較「動鍾」和「靜鍾」的快慢，不可迴避地存在一個「二次相遇」的難題；但是對於原子鍾而言，這個問題已經不復存在。愛因斯坦在1952年為《狹義與廣義相對論淺說》英譯本第15版添加的「附錄」中寫道：「我們可以將發出光譜線的一個原子當作一個鍾」（2-P106），實際上原子鍾僅指原子本身而已，跟那結構相當復雜的「鍾體」並沒有關系。這樣一來，我們就有了在實驗室內完全靜止的條件下比較兩台「原子鍾」快慢的前提。 只需要知道兩台原子鍾工作時的溫度差異，就可以定性地獲悉兩台鍾銫原子噴射速度的大小；如果知道兩台鍾銫原子噴射的具體速度，就不難定量地測出△ν和△V之間的對應關系。依據兩個展開式可知：如果△ν∝△V，用（1）式解釋是正確的；反之用(2)式解釋是正確的。 2、實驗條件 選取兩台頻率一致性和長期穩定性均在10-13量級以上的銫鍾，條件是己知兩台鍾工作時的溫度、最好是銫束噴射速度存在較大差異。只需要將兩台鍾和比相儀或時間間隔器相聯結，經過一定的時間間隔就可以依據記錄曲線判定哪種解釋是正確的。 3、預期結果 實驗結果可以證明：狹義相對論揭示出的橫向多普勒頻移，應該是頻率增大、即向光譜的藍端移動；正確的解釋應該是「時間收縮」，或曰「運動時鍾變快」。

2. 為什麼有些星球會膨脹

一顆恆星可能因體積大、運動活躍或距離地球較近而顯得很光亮。只要分清星球的實際亮度和視覺亮度，就能從光亮度上准確測出恆星與地球之間的距離。
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由於宇宙在不斷膨脹，星系距我們越遠，紅移就越大。換而言之，越遠的星系，其飛離我們的速度也越快。
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3. 解釋一下時間膨脹效應的原因

時間膨脹是相對論效應的一個特別引人注意的例證。

20世紀初，愛因斯坦就認識到，我們的時空觀並不完善。他是通過分析電和磁相結合產生電磁輻射（例如光輻射）特性的規律得出這個結論的。他認為，如果光在一切測量中具有協調一致的特性的話，在物理學中光速必定扮演著主要角色。特別是，真空中的光速必須不變，無論光源和觀察者做什麼樣的相對運動，真空光速總是每秒三十萬千米。愛因斯坦考慮了當人們在高速運動時會出現什麼現象。我們通常會認為，光波的速度因與我們運動的方向相同或相反或取各種中間角度而有所不同。令人驚奇的是，愛因斯坦卻認為事實上不會是這樣。

17世紀，牛頓曾提出過一個相對性的經典說法。當時他主張，作為參照基準的參考框架，無論做什麼樣的勻速直線運動，都不會對實驗（包括物理的運動）產生影響。愛因斯坦認為這種說法與他的電磁學理論格格不入，當他試圖搞清楚以光速運動的觀察者所看到的光波將會是什麼樣時，他遇到了糾纏不清的情景。於是他清醒地認識到，為了在物理學領域取得協調一致的答案，就不能把空間只是看成供我們生活居住的容器。它還必須具有某些特性，例如人們以高速運動時，時間尺度將會改變，同時，空間尺度也會改變。在這個意義上，空間和時間是纏繞在一起的，空間和時間原是同一件事物不同的相對表現形式。

我們完全清楚，在平常的生活中看不出空間和時間有這種畸變。這是因為我們不涉及已接近光速運動的事物。事實上，相對論現象的特性由物體速度與光速平方之比這樣一個比率來決定。當所研究的物體的運動速度超過光速的十分之一時，這個比率才變得重要，因為此時該比率增大到百分之一以上。這樣的高速領域幾乎只局限在高能物理學家們的經驗中。由於我們通常不會涉及這樣高的速度，所以狹義相對論的許多結論都使我們感到驚奇。實際上，這些結論確實有些復雜，但早已證實了狹義相對論的完美，並且在處理低速運動時又幾乎嚴格地與我們所熟悉的物理規律一致。

時間膨脹是相對論效應的一個特別引人注意的例證，它是首先在宇宙射線中觀測到的。我們注意到，在相對論中，空間和時間的尺度隨著觀察者速度的改變而改變。例如，假定我們測量正向著我們運動的一隻時鍾所表明的時間，我們就會發現它要比另一隻同我們相對靜止的正常走時的時鍾走得慢些。另一方面，假定我們也以這只運動時鍾的速度和它一同運動，它的走時又回到十分正常。我們不會見到普通時鍾以光速向我們飛來，但是放射性衰變就像時鍾，這是因為放射性物質包含著一個完全確定的時間標尺，也就是它的半衰期。當我們對向我們飛來的宇宙射線M作測量時，發現它的半衰期要比在實驗室中測出的22微秒長很多。在這個意義上，從我們觀察者的觀點來看，M內部的時鍾確實是走得慢些。時間進程拉長了，就是說時間膨脹了。

4. 時間不是物質更沒質量，那引力為啥會作用時間呢

時空的形態變化導致了引力會作用於時間這一現象的發生。

時間這個似是而非的觀念，給人造成了很大的迷惑性，時間不是物質，也不存在質量這一說法，但是引力與時間這兩者之間偏偏有著千絲萬縷的聯系。根據牛頓的萬有引力定律我們可以很清楚的了解到。單論一個物體而言，他的引力與質量的的關系是稱正比的，和它們之間的距離的平方是成反比的關系的。在牛頓完善過的經典物理學的理論中，物體的遠動狀態是以一種絕對的方式存在宇宙之中的，靜止是保持相對狀態的。根據牛頓的引力定律我們可以很直觀的看到，物體之間的引力越大，質量越大，反之擇亦然。引力越大，距離越小是一樣的道理。萬有引力大理論公式：F=GMm/r （G是命名為引力常數，M為某個天體的質量，m為某個物體質量，r為某個物體到某個天體質心的距離）可以計算到，當r一定時，只需要在乎物體的質量大小即可。

5. 宇宙為什麼會膨脹

因為宇宙釋放的能量大於宇宙收縮的能量，所以在不斷的膨脹。
所以未來宇宙只會有3中可能。
1、一直膨脹。2、停止膨脹或收縮。3、開始收縮。

就像爆竹爆炸，雖然看不見，但是周圍的空氣一瞬間發生了劇烈膨脹。就好像宇宙一樣~因為沒有足夠的能量，所以膨脹持續時間很短，可想而知，發生大爆炸的那個奇點能量是多麼可怕~

6. 質量越大的物體，為何對時間空間的影響越大

沉默寡言的愛因斯坦坐上了回家的電車，車站距離Zytglogge鍾樓幾英里遠。當時的愛因斯坦只是一名專利技術員，他盡快完成了工作，利用閑暇時間探尋宇宙的真相。當人們嘲笑那些天馬行空的想像是白日夢時，愛因斯坦，這位十足的天才提出了他的理論，我們將他的構思奉為思想實驗。就是在那輛電車上，他的思想實驗徹底革新了近代物理學。

看著眼前巨大的鍾塔漸漸遠去，愛因斯坦突發奇想，如果電車以秒速186000英里的速度行駛，鍾樓的指針將會呈現完全靜止的狀態。同時他也清楚鍾樓的指針將繼續轉動——時間也正常流逝。但對於愛因斯坦來說，時間變慢了。因此，他意識到行駛速度越快，時間流動速度就會越慢，但這是真的嗎？

愛因斯坦面對的困境

愛因斯坦深受兩大物理學家的影響。一位是愛因斯坦的偶像，發現了運動定律的牛頓；另一位是提出電磁理論麥克斯韋。但是這兩種定理相互對立。麥克斯韋認為電磁波的速度是恆定的，就像光——速度高達186000英里/秒,他認為這是宇宙的基本事實。

讓我們再次回想一下愛因斯坦在電車上進行的思想實驗。是慢時鍾的出現限制了我們的思維發展，還是時間真的會變慢？如果時間會變慢，這又意味著什麼？時間的變化無常讓我們不禁發問——時間，它究竟是什麼？這一問題不僅使哲學系學生無比懊惱，在兄弟會派對上頻頻討論，從遠古時期起，時間這一概念就困擾著自然哲學家和物理學家。

時間最初的功能是按順序記錄事件。人們認為恆星圍繞地球轉，而不是地球圍繞恆星轉，並以此來規定時間,盡管這個結論不正確，「時間」依舊安然前進著。日復一日，四季輪回，當這一切如你所推斷的那樣重復著，交替著，你便有了計時機制。

7. 為什麼宇宙在膨脹

宇宙雖然目前人類成功登陸了，但是宇宙依舊是非常大的，目前的科學家觀測到宇宙一直在處於膨脹的狀態，這其實是有很多原因的，其中幾個關鍵的原因就是輻射還有低溫冷卻的效果配合上暗物質的能量使得宇宙不斷膨脹著。

還有一個關鍵的因素就是暗物質了，這個玩意被科學家認為是一個宇宙常數，簡單來說也就是宇宙本身就有的能量，相當於小說裡面的先天屬性，可以為這些稀釋的環境提供能量，這樣就可以保證源源不斷地進行宇宙膨脹著。

8. 引力時間膨脹效應

引力時間膨脹是愛因斯坦在考慮加速情況下的狹義相對論時間效應時得出的，他在提出廣義相對論的基礎——等效原理時就同時得到了的引力時間膨脹效應，比廣義相對論引力場方程還早了8年。不過他定量化新的引力理論花了8年時間。
等效原理是指在局域下加速度和引力等價，無法區分。

狹義相對論時間膨脹公式

廣義相對論時間膨脹公式
第一個是狹義相對論的高速運動時間膨脹公式，第二個就是廣義相對論的引力時間膨脹公式。兩個公式是非常相像的，只有根號內幾個項被置換了，實際上是把速度項v置換為√(2GM/r)。發現了嗎？v=√(2GM/r)，這等式是不是覺得很熟悉？這就是計算天體逃逸速度（第二宇宙速度）的公式。引力時間膨脹公式居然就這么簡單就合成出來了_。
式中v是速度
G是萬有引力常數
M是天體質量
r是天體半徑

天體逃逸速度計算公式
通過引力時間膨脹公式可以得出時間膨脹程度與質量的開方成正比，與半徑的開方成反比。即天體質量越大，時間膨脹越大；半徑越小，時間膨脹越大。
《星際穿越》里黑洞旁的星球的時間膨脹達到地球的6萬倍（7×365×24=61320），並不是因為它離黑洞中心的半徑小，而是那個黑洞實在太大了。按照電影的科學顧問基普·索恩的設計，那個黑洞的質量達到1億倍太陽質量。所以雖然星球離黑洞中心的距離並不太近，但時間膨脹效應卻非常顯著，達到1小時相當於地球7年。

9. 宇宙為什麼會膨脹

因為根據廣義相對論方程就推導出宇宙不能處於靜態，但是愛因斯坦為了得到一個靜態的宇宙而自行加了一個宇宙常數，成為他一生的懊悔，盡管現在的宇宙學家已經證明仍然存在一個很小的宇宙常數。既然不能處於靜態，那麼我們的宇宙要麼就是收縮，要麼就是膨脹。你可以這樣想宇宙起始於一個奇點，再收縮就沒了。那麼宇宙就只有膨脹，而宇宙膨脹箭頭和強的熱力學時間箭頭同一方向，才會出現物質、星系以及生命，所以宇宙從一個溫度極高（1000億K），密度極大（可視為無窮大）的點發生爆炸而膨脹，且膨脹的極限是無限接近0K，這也符合熱力學第二定理物質總是從有序到無序，熵總是在增大，目前宇宙的背景輻射是2.7K,相對於0K溫度還非常的高，宇宙只有繼續膨脹溫度才能降低，並且現在還有一種叫暗能量的在加速宇宙的膨脹。

10. 宇宙為什麼會膨脹

我們都知道，宇宙於137億年前，從一聲爆炸開始，起初一切都是熱的、稠密的、膨脹的。

大爆炸余輝的溫度曾經超過10^30度，現在下降到2.7開爾文，僅略高於絕對零度。宇宙過去的密度比太陽的中心還要大。現在，平均而言，宇宙的密度僅為每立方米1個質子，質量聚集成恆星和星系，它們之間相隔數萬億里。

為什麼不變？因為它的能量密度從不下降。就在幾十億年前，暗能量成為宇宙中最主要的能量形式。物質密度會降低，但暗能量永遠不會。如果我們把它們都分在一起——輻射、物質和暗能量——你就會看到哪個主導了宇宙的膨脹速度。

就是這樣。這就是導致宇宙膨脹的所有原因：其中的總能量。從這里到無窮遠，據我們所知，暗能量將繼續主宰宇宙。