狹義相對論(入門)
原時
當運動狀態不同的觀測者,對兩起事件之間過了多少時間各執一詞時,很自然會問:有沒有任何一段時間間隔是人人都能同意的?原時就是這個量。它是由一個真正同時出現在兩起事件現場的單一時鐘所量得的時間——就是隨行整趟旅程的手錶上直接讀出的時間。因為那唯一的時鐘在起點與終點都親臨現場,它的讀數是一個真實、具物理意義、與參考系無關的事實。
精確地說:原時,通常以希臘字母 tau 表示,是在「這兩起事件發生於同一地點」的那個參考系中量得的兩事件間時間間隔——也就是同時見證兩者的那個時鐘的靜止系。它永遠是任何慣性觀測者對這兩起事件量得的最短時間;其餘每一個看著那時鐘移動的參考系,都會記錄到一段較長、被時間膨脹的間隔 delta-t = gamma 乘以 tau,其中 gamma 是勞侖茲因子。所以原時是旅行者「真正」的老化,而移動參考系中的座標時間,則是被拉長的版本。
原時是這套理論不變的核心:儘管個別的時鐘與尺各說各話,所有觀測者對某條穿越時空的路徑都算出相同的 tau。它是時鐘沿其路線實際老化的量——旅行者自己活過的時間。在雙生子悖論中,老化較少的那位,不過就是穿越時空的路徑所承載的總原時較小的那一個。
一位太空人以高速飛往一顆恆星再返回。地球上的任務時鐘記錄整趟來回為 30 年,但太空人自己的手錶——讀的是沿她路徑的原時——只前進了 6 年,於是她回來時只老了 6 歲。
原時是旅行者自身時鐘的讀數——沿一條路徑最短、也是唯一與參考系無關的時間。
原時是一條穿越時空之路徑的性質,而非單憑一對事件——同樣起點與終點之間的兩條不同路線,可以承載不同的原時。這正是為何遠行的雙胞胎比留在家裡的那位老得慢。
又称
另见