月球上時間的流逝是否比地球上慢?
受引力和暗物質等因素的影響
短答案:月球上時間的流逝比地球塊。
首先,時間膨脹的影響是非常小的,一般情況下,我們是不可能發覺的,只有非常精準的儀器才可以測到。在相對論里主要有兩個因素主導時間流逝的速度,也就是時間膨脹:(1)速度,(2)引力
時間流逝最快的是在無限遠的無限空間裡面,而時間最慢(停止)當然就是相反的極密極重的黑洞。地球上,我們近太空和月球上時間流逝的速度都是這兩個極點之間的。
(1)先討論一下速度。這個速度是說在空間里旅行的速度。我們都知道光的速度是常數。
我們先看張圖。
這是有名的光子鍾實驗。首先,早在小學數學應該都學過:速度 = 路程 / 時間。而這裡是有兩片玻璃和光子組成的光子鍾,所以光子(光的基本粒子)的速度是不變的。
如果光子鍾在一輛車上,左右來回的動。還有兩個人在觀看這個光子鍾:一個人在旁邊不動點觀看,一個人在車上觀看。在車上觀看的人會看到第一幅圖,光子上下來回的旅程。而第二個人看到的是第二幅圖,光子走著三角旅程。光子的三角旅程的路程很明顯比上下的要長。回到:速度 = 路程 / 時間,光子的速度絕對是不變的,路程如果長了,那麼時間也得邊長,來保持速度的一致。
這裡可以得到的結論就是,在車上的人,也就是在旅行速度快的人,時間慢。如果,我是說實施上如果可以達到的話,上面三角長度比上下長度多2倍的話,時間也就多兩倍。也就是,在旁邊不動的觀看者的時間過去2小時,車上的人的時間只過去1小時。
結論(1):在空間里旅行的速度越快,時間流逝的速度越慢。在旅行速度靠近光速的時候,時間流逝的速度也就靠近停止。
(2)接下來就是引力對時間流逝的影響。
還是先看圖吧。
時間和空間其實是不可分的東西,所以叫做時空。而時空就像圖裡面的場一樣,如果有質量有引力的東西在裡面,就像你在一個橡皮片上放了個球。離這個球近的時空,就會變形,膨脹。這就是時間膨脹。所以我們說在靠近極密,引力大到連光都逃不走的黑洞里,時間是停止的。而在沒物質的太空里,時間流逝理論上很快。
題主有提到很要緊的一樣東西:暗物質。因為有暗物質的存在,而且比物質要多的多,所以在太空里還是有萬向的引力。我們通常只能測到相對的時間膨脹,基本上很非常難測到(最起碼現在不可能)理論上無限遠無限空間的時空的時間膨脹速度。我們知道理論上算的出來這個時間流逝的速度,當然相對地球時間流逝的速度。
結論(2):引力越大(跟質量直接有關),時間流逝的速度越慢。在引力極大的黑洞里,時間流逝的速度也就靠近停止。
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例:人造衛星和國際空間站。
我們可以百分百確定的說上面的兩個結論是正確的,應為我們有很多的人造衛星和一個空間站在繞著地球轉。它們鐘的速度跟地球上鐘的速度不一樣,都是用複雜的相對論公式算出來的,來補償任何的時間流逝差距。如果沒有這個補給,衛星導航系統就不可能工作,地球上無數的飛機,船,汽車等等就都不能利用有著時間流逝差距的人造衛星。
在空間站里的宇航員長期生活在跟地球上時間流逝不一樣的時空里。但是空間站里的時間流逝是快是慢呢?我們看一下上面兩個結論。引力小了,所以時間流逝應該快了。但是速度快了,所以時間流逝應該慢了。在這裡,因為空間站還是比較靠近地球的引力,它跟無限無引力的點相比之下,還是非常靠近地球的引力場裡面。而它的速度要比地球上快很多。
所以在這個例子里引力影響不大,速度是主導因素。因此,在空間站里的人,他們時間流逝的速度比地球上慢。因此在太空員回到地球上的時候,他生活過的時間要比在地球上度過的時間短,感覺好像他來到了地球的未來。
現在在空間站里生活過最長時間的人是Sergei Krikalev,多次任務加在一起共兩年多的時間。他度過的兩年要比地球上流逝的兩年稍微短一點。因此,他也是目前人類歷史上往未來時空旅行最遠的人:0.02秒。
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月球:
不好意思,終於回到月球來了。現在人造衛星和空間站里都有原子鐘,可以記錄零點零零零(反正好幾個零)秒的時間。最起碼都是納秒。因此我們可以測量到和地球上時間流逝的不同速度。不過當年美國登月的時候,還沒這些裝備,最起碼前面幾個登月我知道絕對沒有。後面有沒有我不確定。蘇聯也有過無人登月,我不確定他們當時有沒有原子鐘。反正我是沒看到有真正在月球上測量到的時間流逝速度,也就是時間膨脹度。或許有這數據,我不知道。不過現在我國的登月任務上,絕對有原子鐘,或許已經準確的測量到了月球的時間膨脹度。
不過實際測量放一邊,我們是可以理論上計算的。可能不會完全跟實際測量完全一樣,不過大概數據是沒問題的。很多人都有算過。大多的結論是月球跟空間站相反,速度相對上來說不快,引力為主導。而因為月球引力比地球小,就象上面的第二張圖,它在時空里產生變形的引力場也比較小,所以時間流逝在月球上比較快。
總結論:也就是說,地球上過去1年,月球上已經過去1年多了(時間流逝更快)。當然,這個「多」就跟空間站的例子一樣,就幾分秒而已。不是物理專業,也沒法計算。月球公轉速率比地球自轉速率慢,那麼應該是時間變快了。考慮地球的引力,遠離地球那又是時間變快了。所以應該是變快了吧。
還是請物理大牛回答吧。
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想了一下我上面的說法有問題。以靜止的人為參考系,月球是在運動的,所以第一條時間是變慢了。
但是在速度和質量兩個因素,還是質量的影響遠大於速度!畢竟月亮和地球都有繞太陽轉,只是月球公轉的同時也繞地球轉~~
從引力的角度來講,月球上時間流逝應該比地球要快(程度很小),引力越大時間流逝越慢。
但月球的速度比地球快,從這個角度將應該比地球慢(程度也很小),速度越快時間流逝越慢。
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