黑色羽翼:钟慢效应-黑洞的时间冻结与钟慢效应

来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2024/04/28 06:17:46
钟慢效应-黑洞的时间冻结与钟慢效应 狭义相对论的时空效应是尺缩和钟慢。钟慢效应表现为在与观测者做相对运动的坐标系中,时间要流逝的慢一些。著名的双生子佯谬是说明钟慢效应常举的例子。年龄30岁的哥哥以99%的光速飞到距离20光年处再返回时,他的飞行时间花了6年,年龄是36岁,几乎没有多大的生理变化。但回来时本来同龄的弟弟已经变成70老翁,离哥哥出行已经整整40年了。“佯谬”之处,是可以辩解为哥哥没有动,而弟弟以相反的方式飞离之后又回到哥哥身边,那么应当是哥哥比弟弟老了34岁。回答这一辩解可以有两条思路:一条是如果兄弟之间永远以匀速相对运动,确实会彼此都觉得对方年轻,但这样一来兄弟不可能重逢。现在是参与飞行的哥哥有一个折返加速的过程,而弟弟却没有,因此两者是不等价的,不能交换位置进行类比。另一条思路是现实宇宙中不是只有兄弟二人。相对于恒星和寥廓宇宙中的诸多天体,哥哥在飞行并且有加速运动而弟弟却没有,他们的地位也不可能是等价的。狭义相对论用常识很难理解,但有一句名言说:真理不一定是常识。利用高精度原子钟的现代实验已经测量出在太空飞船里的钟确实比地面实验室里同样的钟走的慢一些。狭义相对论描述的是一个理想化的只存在惯性运动的没有引力的宇宙。现实宇宙中处处都有引力,只能用广义相对论才能完满解释。在广义相对论中,引力也产生钟慢效应。楼下的钟会走得比楼上的钟慢,因为楼下离地球中心更近,引力场要强一些。注意这里所说的钟慢不是指摆动周期因重力位不同而产生的变化,而是时空本性的变化。1971年水手号探测器所做的太空雷达实验也证明了现实宇宙中的钟慢效应。黑洞周围引力场十分强大,钟慢现象应当突出地表现出来。设想一艘飞船去执行探测远方某个黑洞的任务。有高超的技术使飞船不断有信号向地球报告他们的消息;而且飞船足够坚固,不致被黑洞的引力摧毁。由于受黑洞引力的影响,相对于地球钟而言,飞船上的钟越来越慢,以至于在接近视界的时候,宇航员飞速前进,而在地球人看来,一切进展越来越慢。几代地球人旷日持久地监测着飞船艰难地向黑洞进发的情景,而飞船上的宇航员却没有感觉时间变慢,他们依然年轻,一切正常,即使跨越视界前也没有发现特别的事情。当然一进入视界,马上便灾难临头,飞船一头栽入奇点,一切都粉身碎骨,荡然无存,时间和空间都到了尽头。可是地球上的监测者却永远看不到这最后几幕。这不仅因为视界内的事情永远传不出来,还因为飞船到达视界时钟慢已经达到了极限,信号传递的过程需要无限长的时间,时间被“冻结”了,事态的发展永远被定格在那里,而且在这之前,由于强大引力场产生的引力红移,使电磁波信号波长越来越长,能量越来越弱,画面越来越模糊了。到达视界时,信号波长达到无穷大,完全丧失了传播能力。在监测者的屏幕上,什么也看不见了