日本到北京时间为何变长?
这个问题的核心是,地球不是一个绝对光滑的球体(虽然接近),而是一个在赤道处最厚、向两极逐渐缩小的扁球体;同时还有地球自转带来的由西向东的加速度。 以上两个因素结合在一起,就导致了在赤道上向东或向西运动物体所受到的向心力不同,在北极和南极地区会受到很大的惯性力作用,这些力的存在就使得地球的曲率和自转速率有了变化,进而影响到距离地面的高度,最终使得经过同一地点的经度和纬度发生了变化——在赤道上,这种差异最小(几毫米),而在两极地区,这种差异最大(几厘米)。 当然,这个分析是在将地球近似看做一个球体的情形下得出的,如果考虑地球是个扁球体、且不是绝对光滑的情况时,问题就要复杂得多。
这个问题还可以进一步拓展。 如果考虑太阳的存在,情况就更复杂了:首先太阳不是一个点源,而是一个球体,它的形状和质量分布都会影响太阳对周围天体的引力场;其次太阳本身还在自转并公转,这就使得它引力的方向时刻都在改变。 即使是太阳与地球之间的引力,也不是一个简单的矢量叠加问题,还涉及到了潮汐锁定(Tidal locking)的问题:当一颗行星围绕其卫星运转时,由于两颗天体质量的差异,导致其公共轨道并不位于两星连线上,而是一颗在天体的偏心轨道上运行,此时两颗天体间的距离不是在不停地发生变化,而是存在一个周期性变化的过程。
上面所说的都是天文学中常见的基本知识,感兴趣的话可以了解一下。 最后说说我自己的看法,我觉得这个答案其实就在问题里,只是没有被很好地表达出来。 在问题“日本到达北京”中,有两个时间指向——“日本”和“北京”——它们代表了不同的参考系。 “日本”指的是日本标准时间,而“北京”是指东八区的时间。 因为地球自旋转轴的倾斜,在不同地方,标准时间是不统一的,需要加一个修正参数来描述;但是无论怎样,只要时间一天,各地的标准时间之差就是一个定值,这就可以通过把各个地方的时间加一起得到这一天的时间总和。 但是对于东八区和日本来说,情况就不一样了,因为自转的原因,东八区的白天比日本的白天要长,所以时间总量要比日本多耗半天。 从日本到北京的时间总比从东八区到日本要多耗一天,这就是由于自转造成的时空弯曲效应。