综述
我们常常感叹时间如流水,一去便不再回返。其实,这也就是大多数人所持的时间观。在相当长的一段时间里,人们都以为时间不会改变,它永远以一种一成不变的速度在流逝着。
而在一百多年前,伟大的物理学家爱因斯坦却认为时间可以被扭曲。这一观点自然受到了不少质疑,但后来的科学实验却证实了时间扭曲的现象是真实存在的。
时间可以被扭曲吗?
138亿年前,一个神秘的奇点发生了爆炸,宇宙由此诞生。而随着宇宙一同诞生的还有两样东西,即空间和时间,现在我们常将它们合并称为时空。
在长期探索宇宙的过程中,科学家们发现空间是可以扭曲的,并且空间扭曲最明显的表现就是与宇宙的膨胀。
宇宙的膨胀速度甚至超越了光速,从大爆炸至今,宇宙不过才经历了138亿年的时间,而仅仅是可观测宇宙的直径就已经达到了930亿光年,而在可观测宇宙之外,还有人类未曾探知的宇宙空间,由此可见宇宙的膨胀速度之快。
宇宙的膨胀和红移现象都证明了宇宙空间可以被扭曲,它并不是一个一成不变的存在。那么,既然空间可以被扭曲,时间又能不能被扭曲呢?
对此,爱因斯坦的回答是:时间可以被扭曲。
爱因斯坦的时间观
“现在他比我先离开了这个陌生的世界。这没有意义。对于像我们这样相信物理学的人来说,过去、现在和未来之间的区别只是一种错觉,尽管是一种持久的错觉。——爱因斯坦写给好友贝索家人的慰问信”
在爱因斯坦看来,时间真的可以被扭曲。他认为,由于物质拥有质量,这就会导致该物质周围的空间被扭曲,并且质量越大的物质对空间的扭曲会越明显。
爱因斯坦认为这一理论同样适用于时间,时间也会因为物质的质量而扭曲。为了论证这一观点,爱因斯坦在自己的狭义与广义相对论中提出了两个著名理论,即“时慢尺缩效应”和“引力时间膨胀”。
- 时慢尺缩效应
在狭义相对论中,爱因斯坦推导出了一个用来描述时间与运动关系的公式,如下图所示。
简单来讲,这一公式描述的就是时间的长短与物质运动速度的快慢成反比关系,也就是说,一个物体的运动速度越快,那么它所经历的时间也就越短。
当一个物体的运动速度达到了光速之后,它周围的时间就会静止,空间也会因此缩小止。而由于这一范围内的时间发生了扭曲,身处其中的人也会感受不到时间的流逝,这就意味着在光速宇宙飞船内的人不会变老。
1971年,为了论证爱因斯坦的“时慢尺缩”理论是否正确,两名科学家特地进行了一场实验,即“飞行时钟”实验。
他们将两个精度非常高的原子钟调成了完全一致的时间,把一个放在地面上,将另一个放在了飞机上。
经过几天的飞行之后,科学家将飞机上原子钟的时间与地上的进行了对比,结果发现飞行时钟要慢于地面时钟,首次证实了“时慢尺缩”理论的正确性。
值得一提的是,为了排除偶然因素的干扰,提高实验的准确性,在后来又有许多科学家进行了类似实验,其结果也都证明了“时慢尺缩”的真实性。
- 引力时间膨胀
可以看到,在时慢尺缩效应中对时间扭曲起到关键作用的是“速度”,而在后来,爱因斯坦又在其广义相对论中提出了“引力”也是时间扭曲的又一大特性。公式如下图所示。
这一公式代表的具体含义是:在一个引力场中,当引力源的质量越大,那么在这个环境中存在的物体,它所经历的时间就会越短。若是该物体开始慢慢远离这个引力源,那么相隔的距离越远,则时间就会越长。
简单来讲,爱因斯坦认为引力越大时间越慢。按照这这一理论,物体进入黑洞之后就会进入“长生不老”的状态,毕竟在黑洞的巨大引力之下,时间这一尺度会直接消失。
这一理论的正确性也得到了证实,对我们日常生活帮助颇大的GPS定位导航其实就是运用了爱因斯坦的引力时间膨胀理论。
它是通过卫星来发挥作用的,而GPS卫星距离地球又非常遥远,在这种情况下,“引力时间膨胀”效应就起着至关重要的作用。现在的GPS系统都是严格参照爱因斯坦的相关公式进行了严密的调整的,不然根本无法进行精准的定位。
综上所述,爱因斯坦提出的时间可以扭曲的观点已经得到了证实,不过,虽然时间真的可以被扭曲,但由于科技水平与时代的限制,人类目前还无法利用时间的扭曲来实现更高层次的研究与探索。
另外,我们现在只是知道了时间可以被扭曲,但这一过程究竟是如何发生的我们仍然一无所知。
因此,目前我们对于时间的认识还是太过肤浅与片面,而无论是时间还是空间,都还有太多谜团等待着科学家们去揭开谜底。
结语
时间与空间可以说是这个世界与宇宙的终极奥秘,倘若在未来某一天,我们人类真的探知到了这一奥秘,或许我们就可以穿越时间的长河,纵横浩瀚的宇宙,成为太空“霸主”。
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