Thứ nhất, nhận thức cá nhân của bạn về thời gian sẽ không thay đổi chút nào.
Ngay cả khi tốc độ của con tàu vũ trụ mà bạn đang đi gần bằng tốc độ ánh sáng và thời gian trôi chậm lại, bản thân bạn vẫn không nhận thức được điều đó và thời gian chủ quan của bạn vẫn trôi như bình thường.
Điều này có nghĩa là khi bạn đo thời gian trên một tàu vũ trụ siêu nhanh, bạn sẽ không nhận thấy bất cứ điều gì bất thường. Chỉ bằng cách so sánh thời gian trên tàu vũ trụ và trên Trái đất cùng một lúc, bạn mới có thể phát hiện ra sự khác biệt về tốc độ dòng chảy giữa hai nơi.
Đây là cảm nhận của bạn về sự khác biệt:
Nếu bạn ở trên tàu vũ trụ, bạn sẽ cảm thấy thời gian trên Trái Đất đang trôi nhanh; ngược lại, nếu bạn ở trên Trái Đất, bạn sẽ cảm thấy thời gian trên tàu vũ trụ đang trì trệ; tóm lại, bất kể bạn ở đâu, bạn sẽ cảm thấy rằng thời gian trôi qua ở đó là bình thường, và điều bất thường duy nhất là Điều đó đã xảy ra ở đầu bên kia.
Thứ hai, thời gian luôn có tác động như nhau lên bạn.
Bất kể bạn đang ở trong hệ quy chiếu quán tính nào, chỉ cần bạn chủ quan cảm thấy một trăm năm đã trôi qua, thì một trăm năm thực sự đã trôi qua. Cái gọi là sự giãn nở thời gian chỉ là tương đối với các hệ quy chiếu quán tính khác.
Điều này có nghĩa là nếu bạn dành một năm trên tàu vũ trụ di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, Trái đất có thể đã trải qua những thay đổi to lớn; và nếu chỉ một năm trôi qua trên Trái đất, bạn có thể chỉ trải qua vài tháng, vài ngày hoặc thậm chí vài giờ trong tàu vũ trụ. —Chênh lệch thời gian cụ thể phụ thuộc vào tốc độ của tàu vũ trụ: dù là 99,99% hay 99,999999% tốc độ ánh sáng thì vẫn được coi là "gần tốc độ ánh sáng", nhưng tác động lên thời gian là rất khác nhau.
Tuy nhiên, dù bạn có sống một trăm năm trên tàu vũ trụ hay trên Trái Đất, bạn cũng sẽ già đi một trăm tuổi mà không có sự khác biệt nào. Lý do nằm ở điểm đầu tiên được đề cập ở trên: nhận thức chủ quan của bạn về thời gian vẫn không thay đổi trong bất kỳ khung quán tính nào, bao gồm cả quá trình trao đổi chất sinh lý của bạn.
Tôi không biết bạn có thể nắm bắt được bản chất của “thuyết tương đối” qua lời giải thích này hay không, vì vậy tôi sẽ giải thích bằng một phép ẩn dụ trực quan.
Cho dù bạn đang đứng yên hay trên một chuyến tàu cao tốc đang chuyển động, nếu bạn đánh bóng lên cao và bóng nảy lên nửa mét mỗi lần và mất 0,5 giây, thì theo cảm nhận chủ quan của bạn, quả bóng luôn di chuyển 1 mét mỗi giây (lên và xuống). khoảng cách khứ hồi nửa mét), vì bạn cảm thấy quả bóng luôn chuyển động theo chiều thẳng đứng lên xuống.
Nhưng nếu bạn đánh một quả bóng trên một chuyến tàu cao tốc, đối với những người trên mặt đất, một lần nảy của quả bóng sẽ có vẻ di chuyển xa hơn 1 mét, vì quả bóng di chuyển theo đường chéo so với mặt đất.
Nghĩa là, cùng một chuyển động của quả bóng, quãng đường nó di chuyển là hoàn toàn khác nhau đối với người trong xe và người trên mặt đất - mặc dù thời gian là như nhau, 0,5 giây, nhưng quả bóng di chuyển quãng đường lớn hơn so với mặt đất.
Tại sao hiện tượng này lại xảy ra?
Bởi vì tốc độ tương đối của quả bóng là khác nhau - vì tàu cao tốc đang chuyển động, tốc độ của quả bóng so với mặt đất lớn hơn tốc độ so với toa tàu, vì vậy so với mặt đất, quả bóng thực sự "chạy" với tốc độ nhanh hơn trong 0,5 giây. Một hành trình dài hơn.
Điều này chứng minh đầy đủ rằng tốc độ ảnh hưởng đến khoảng cách mà một vật thể di chuyển khi được người quan sát nhìn thấy trong các khung quán tính khác nhau. Tuy nhiên, bạn không thể thấy quả bóng đã di chuyển một khoảng cách lớn hơn trong xe (mặc dù bạn có thể tưởng tượng hoặc tính toán), chỉ có Điều này là ý nghĩa thực sự của thuyết tương đối, chỉ có thể thấy rõ khi đứng trên mặt đất.
Tính tương đối của thời gian hoàn toàn giống với tính tương đối của khoảng cách.
Chúng ta có thể sử dụng "đồng hồ ánh sáng" tưởng tượng để hiểu tính tương đối của thời gian.
Giả sử có một chiếc đồng hồ dựa vào phản xạ ánh sáng để báo giờ. Hãy để các photon phản xạ lên xuống trong một buồng kín. Mỗi giây, các photon hoàn thành một chuyến đi khứ hồi.
Trong trường hợp này, hành trình khứ hồi của photon giống như một quả bóng nảy, vì vậy nếu bạn mang chiếc đồng hồ này trên một con tàu vũ trụ có tốc độ ánh sáng, khoảng cách khứ hồi của photon sẽ có vẻ dài hơn so với Trái Đất.
Quá trình này giống hệt như việc nảy một quả bóng trên toa tàu cao tốc, phải không? Trong cùng giây đó, các photon di chuyển một khoảng cách lớn hơn so với Trái Đất.
Tại sao chuyện này lại xảy ra?
Như đã đề cập trước đó, khoảng cách di chuyển khác nhau của quả bóng là do tốc độ tương đối khác nhau của chúng, nhưng có một điểm khác biệt chính giữa photon và quả bóng - tốc độ ánh sáng là không đổi!
Tốc độ ánh sáng trong chân không là hằng số đối với mọi hệ quy chiếu quán tính.
Nói cách khác, dù so với Trái Đất hay tàu vũ trụ, tốc độ của photon luôn là 299.792.458 mét mỗi giây.
Bây giờ chúng ta không thể sử dụng "tốc độ tương đối khác nhau" để giải thích sự khác biệt về khoảng cách mà các photon di chuyển, trừ khi chúng ta từ bỏ nguyên lý về tính không đổi của tốc độ ánh sáng.
Nhưng nguyên lý về sự không đổi của tốc độ ánh sáng được bảo vệ bởi các phương trình Maxwell, và cho đến nay không có bằng chứng nào chứng minh nó sai, và không ai có thể lay chuyển nó, vì vậy chúng ta phải chấp nhận rằng tốc độ của photon so với Trái Đất và tàu vũ trụ thực sự giống nhau.
Nếu bạn có thể bác bỏ các phương trình trên, giải Nobel tiếp theo sẽ là của bạn. Vậy, trong trường hợp nào photon có thể di chuyển quãng đường dài hơn với cùng tốc độ?
Câu trả lời rất đơn giản: chỉ khi mất nhiều thời gian hơn.
Có thể thấy từ đây rằng khi sự phản xạ của quả bóng trở thành sự phản xạ của các photon, thì lời giải thích hợp lý duy nhất là có sự khác biệt về thời gian tương đối giữa tàu vũ trụ và trái đất - so với trái đất, các photon mất nhiều thời gian hơn thời gian để di chuyển một quãng đường dài hơn.
Nói cách khác, mặc dù mọi người trên tàu vũ trụ và trên Trái Đất đều cảm thấy rằng một photon di chuyển qua lại mất một giây, nhưng một giây trên tàu vũ trụ thực tế dài hơn một giây trên Trái Đất. Do đó, hiện tượng này được gọi là " hiệu ứng giãn nở thời gian."
Tuy nhiên, cũng giống như sự giãn nở của khoảng cách chỉ có thể được quan sát trong một hệ thống quán tính khác, sự giãn nở của thời gian chỉ có thể được "quan sát" trong một hệ thống quán tính khác. Vì lý do này, bất kể bạn đang ở trong hệ thống quán tính nào, nhận thức của bạn về thời gian là giống nhau. Cảm xúc chủ quan của bạn và tác động của thời gian lên bạn vẫn như vậy