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时间是客观存在的,那为什么引力越大时间越慢?

1905年,爱因斯坦发表了4篇具有开创性的论文,其中就包含了大名鼎鼎的狭义相对论和质能等价理论。而光电效应也是量子力学的基础理论之一。也就是说,他在一年内给现代物理学的两座大厦做了巨大的贡献,这在整个科学史上,仅仅只有牛顿可以与之匹敌。因此,牛顿的1666年和爱因斯坦的1905年在科学史上分别被称为牛顿奇迹年和爱因斯坦奇迹年。

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爱因斯坦的狭义相对论是相当颠覆的,他在发表之初,很多物理学家甚至是无法理解其中的物理含义。也因此,爱因斯坦1905年只是在学术圈很小的范围内打响了自己的名气。即便是到了1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,他在当时的普罗大众眼里依旧没什么影响力。

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直到1918年,英国天文学家爱丁顿带队观测莎罗序列日全食,太阳光线的偏折情况后,证明了爱因斯坦的理论比牛顿力学更加具有普适性,爱因斯坦才成为了全世界家喻户晓的物理学家,可是即便到了这个时候,不要说百姓不太理解相对论,在学术圈也是很多人对这个理论无法理解。

因此,曾经有人采访爱丁顿说:全世界是不是只有三个人真正懂得相对论?

爱丁顿反问:第三个人是谁?

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那为什么很多人一直都无法理解相对论呢?

实际上,相对论所使用的范围很广,考虑到的整个尺度是超越人类所处宏观低速世界。因此,它是极其颠覆三观的,尤其颠覆的是时空观。所谓时空观指的就是对于时间和空间的理解。为什么这么说呢?

想要理解这个问题和相对论,我们就需要从时间本身的定义出去。

时间是什么?

其实从古到今,学者们就一直在思考许多终极问题,其中“时间到底是什么?”就是一个关键问题。古希腊的集大成者亚里士多德就曾认为时间是均匀流逝的。而到了牛顿这里,他认为时间和空间是分立的,时间和空间对于任何人而言都是一致的,你的一秒和我的一秒是一样的,不会因为我们的运动状态而发生改变。

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但说到这里,你应该能发现这都是谈论时间的变化,但时间具体是什么呢?

客观地说,一直以来没有人能够直接定义时间。虽然我们没有办法直接说清楚时间到底是什么?

但是我们可以换个方式,这个方式就是利用测量时间的方法来定义,也被叫做测量定义法。具体是什么意思呢?

其实这个方法很早就被使用了。我们可以思考一下:一天,一个月,一年到底是什么?

其实一天就是地球自转一圈的时间,在古代因为是地心说,所以他们认为是太阳一次东升西落的时间。一个月就是月球绕地球转一圈的时间。一年就是地球绕太阳公转一周的时间,在古代,就是同一时间,太阳在天球上转一周的时间。

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之所以我们这里提到古人,其实就想说古人早就发现了这个规律。所以,这个测量定义法是人类认识时间的基础,而不是现代科学的产物。如果用测量定义法,我们就发现,时间是周期性的变化,更本质一点,我们会发现时间其实是一种运动。我们用的钟表在计量时间也是利用周期性的振动来实现的。如今最精密的铯原子钟,利用的也是振动来计时。

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颠覆认知的相对论

基于上面的认识,爱因斯坦回归到了时间定义去思考时空关系。既然是一种运动,那么时间其实就会受到物体运动状态的影响。这其实就是最基本的动力学问题,因此,爱因斯坦拿起了动力学的基础理论伽利略变换,结合着光速不变原理就推导出了整个相对论的基础框架。

那么物体在高速状态下,时间的流逝就应该会受到影响;举个例子,我们就拿光的周期性运动来计时(比如:光一上一下算作一秒),那么如果一个人在地面上,一个人在太空中坐着光速飞船,这时候我们就发现,以地面上的人为参考系,地面的钟表流逝速度就会比飞船上的快得多。

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也就是说,飞船上的人相对于地面上的人发生了时间膨胀。(这里多说一句,对于他们各自而言,时间流逝是一样的。)

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同样地,既然是基本的动力学问题,那么在加速状态下,和在引力作用下,时间的流逝也会受到影响。这其实也就是广义相对论描述的内容。当然,广义相对论其实也要考虑到空间的问题,因此会涉及复杂的数学运算。

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通过广义相对论,我们知道,引力的本质其实是时空的弯曲。月球之所以会绕着地球转,其实就是因为地球弯曲了周围的时空,月球贴着时空的测地线(也就是四维时空中两点间的最短距离。)在运动。

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因此,引力场对于光也会有作用,使得时间发生膨胀。换句话说就是在黑洞边时间会变慢,这里多说一句,对于自己来说,时间还是像原来那样流逝,只是相对于不在黑洞附近的人而言,时间发生了膨胀。

所以,在引力场周围的时间变慢,实际上是相对而言而,自身主观上时间并没有任何改变,只是别人看你的时间过得很慢。

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