谁的时间更慢?相对论里竟存在绝对参考系?破解双生子佯谬(下)

上一篇《》讲到在相对论下存在一个绝对的参考系,这可能跟很多人对相对论的认识相悖,那究竟如何证明这个绝对参考系确实存在?

绝对参考系——宇宙微波背景辐射

虽然我们无法直接测量【时空】,但不要忘了我们还有另一个绝对——光速!有熟悉相对论的同学可能想起来了,根据相对论,光速不能做参考系!没错【光速】不可以,但【光】可以!我们的宇宙拥有一个最佳的绝对参考系——宇宙微波背景辐射!

宇宙微波背景辐射是宇宙诞生后透射出的第一缕光,它是宇宙温度冷却到3000K左右时,原子核俘获自由电子形成中性原子后,光子开始穿透传播到远方,直到今天(www.rbw.net.cn)。

理论上背景辐射是均匀地分布在时空之中,而且它是可测量的,这样,我们就可以把它作为一个绝对的参考系。虽然它的速度是恒定的c,我们无法通过测量它的速度来确定地球相对于它的运动状态,但是它的温度和对应的波长是可以测量的!

由于光的多普勒效应,当地球向光源运动,光源所发的光会发生蓝移,波长会变短;当地球背离光源运动,光源所发的光会发生红移,波长会变长。

而背景辐射属于黑体辐射,它的波长与发出时的温度相关,也就是与中性原子形成时宇宙的温度相关,前面说了那时温度大约是3000K。而又由于宇宙膨胀,温度持续下降波长也持续变长,目前的宇宙微波背景辐射的对应黑体辐射温度仅剩2.7K左右,但即使这么低,当地球在这个辐射背景下穿梭时,还是能测量出各个方向上的辐射波长差异,并据此计算出地球在这个时空背景下的速度。根据科学家的测量计算,目前太阳相对于宇宙微波背景辐射的速度约为370km/s,考虑地球公转,速度范围在370±30km/s以内。

但有个有趣的事情就是目前太阳的公转方向刚好与银河系的运动方向相反,这导致银河系相对于背景辐射的移动速度比太阳系更高,达到600km/s以上。

无论速度是多少,可以确定的是我们可以利用背景辐射建立一个绝对的参考系,这个参考系可称为【宇宙微波背景辐射参考系】,基于它的形成机制,可以认为它是一个能代表绝对时空的参考系。

狭义相对论的终极问题:谁的时间更慢?

所以问题来了,银河系相对于绝对参考系的速度更快,那么是银河参考系的时间更慢还是在银河系中以220km/s速度公转的太阳参考系时间更慢?我没有看到过这个问题的答案,我个人给出的答案是:银河参考系的时间更慢。(注:此问题为狭义相对论问题,忽略广义相对论效应)

很多科学爱好者在这个问题上可能想不通,因为他们并不接受相对论下存在一个绝对的参考系,这导致他们理解不了狭义相对论下存在一个绝对的时间基准,这个时间基准可以通过背景辐射来确定。

终极的时间基准:宇宙的年龄

背景辐射虽然可以测量,从而判断双生子谁的时间更慢。但那毕竟只是理论上判断,我们怎么知道这理论的判断对不对?这时就要引入一个终极的绝对时间基准,这个绝对的时间基准就是宇宙的年龄!也就是说一个测量到宇宙的年龄越小的参考系的时间过得越慢!一个测量到宇宙年龄越大的参考系的时间过得越快。

比如目前地球上测量到的宇宙年龄约为138.2亿年,那么另一个测量到宇宙年龄为137.2亿年的人所在的参考系的时间就一定比地球慢。目前计算宇宙年龄是根据反映宇宙膨胀率的哈勃常数,而对哈勃常数的测量主要有三种方法:宇宙距离阶梯红移、宇宙微波背景辐射和引力波。其中第二种方法就是根据背景辐射!这就反向证明了用背景辐射确定双生子问题是靠谱的。

结语

双生子佯谬之所以成为很多人攻击相对论的一个问题,是因为对“相对”的认识产生了偏差,当你真正理解相对论就会发现,这个问题根本不是问题,相对论是一个非常自洽的理论,悖论?不存在的。

在前面部分我一直试图避免涉及广义相对论,不过在最后的宇宙年龄部分时,其实已经无法跟广义相对论撇清关系了,而在广义相对论里,时空会变得非常复杂,绝对时空可能无法定义了,这篇文章太长,没法再讨论了,如果想看可以评论区回复。

我是星宇飘零,关注我,带你了解更多天文物理知识。

(以上部分图片来源网络,如有侵权请联系删除)

主营产品:球阀,蝶阀