戴榕菁 還記得科普作家們或甚至如霍金那樣的科學大咖給你講的如何跌進黑洞的故事嗎?他們告訴你說,那將是一個非常漫長的過程,甚至可以好似無限長,這是因為黑洞的巨大的引力會造成引力時間膨脹(Gravitational Time Dilation)【[1]】從而導致黑洞附近的時間變得非常地慢,直至無限慢。。。。非常童話,非常浪漫,呵呵。 而真相卻要骨感的多:黑洞的引力再大也無法改變時間的進度,所以如果誰要體驗一下跳進黑洞那漫長過程的話,遊戲會令他意外地很快就結束了。 事實上,1912年愛因斯坦在一篇題為“The speed of light and the statics of the gravitational field”【[2]】的文章中給出了下面這個公式: (1)
其中m和m’是兩個物體的質量,c是真空中的光速,k是引力常數(constant of gravitation),R是兩物體之間的距離,而ω則是當m’固定時m繞m’運動的角速度。假設m’是太陽,m是地球的話,那麼我們就可以將1/ω看成是記錄一年四季變化時間的記錄,ω越大時間過的越快,ω越小時間過的越慢。實際愛因斯坦直接將之稱為引力鍾(gravitational clock)。 由(1)可以看出,如果按今天的廣義相對論學者的說法光速c即便在重力場中也是不變量的話,那麼很顯然時間ω不但不會發生引力膨脹,而且會隨着引力的增加而迅速變的更快。 當然,1912年的愛因斯坦認為光速c在引力場中是變化的。但由(1)式可以看出,要想讓時間隨着引力增大而變慢的話,光速c必須以高於二次方的速度隨引力的增大而減小。這意味着從距離地球300公里的太空站向地球發一束光到達地面時它的速度已經減少了十分之一;或者說月球上的光速要比地球上快很多倍才能保證月球上的時間不會比地球慢。。。。假如這樣的天方夜譚是真的而地球科學們至今都沒有發現,那也太菜了吧!。。。。。。 隨着狹義相對論被推翻以及與之相關的相對論時間膨脹(time dilation)(註:雖然引力時間膨脹是廣義相對論的內容,但卻是由於其中的狹義相對論元素造成的)被否定,不但量子力學要面臨極大的風暴,連作為現代宇宙學和天體物理學的核心內容的黑洞理論恐怕也會經歷一場雪崩。。。。。。
[[1]] Rain, R. “Gravitational Time Dilation Calculator”. Reviewed by Dominik Czernia, PhD and Jack Bowater. Last updated: Nov 17, 2022. Retrieved from: https://www.omnicalculator.com/physics/gravitational-time-dilation [[2]] Einstein, A. (1912). “The speed of light and the statics of the gravitational field”. Translated by D. H. Delphenich.“Lichtgeschwindigkeit und Statik des Gravitionsfeldes,” Ann. Phys. (Leipzig) 38 (1912), 355-369. Available at: http://neo-classical-physics.info/uploads/3/4/3/6/34363841/einstein_-_speed_of_light_and_grav.pdf
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