解讀時間膨脹：黑洞附近1小時相當于地球7年，人類會永生嗎？

一百多年前，愛因斯坦的相對論橫空出世，徹底顛覆了人們的時空觀。牛頓的絕對時空觀也因此被愛因斯坦提出的相對時空觀代替。

雖然絕對時空觀在人們心目中根深蒂固，而且非常符合我們的日常認知，但越來越多的實驗證明相對時空觀的正確性。

相對論包括狹義相對論和廣義相對論，前者是后者的基礎，后者是前者的推廣，比前者更具普適性。

相對論有一個重要的思想，那就是時間膨脹效應（鐘慢效應）。速度和引力都會影響到時間流逝速度的快慢。

簡單來講，速度越快，引力越強，時間流逝速度就會越難。

從更深層去理解相對論，時間膨脹效應其實是時間，空間和物質三者之間的關系，時間和空間是密不可分的整體，簡稱“時空”。你不可能找到沒有時間的空間，反之也不存在沒有空間的時間。

同時，物質的運動會對周圍時空造成影響。

物理學是非常嚴謹的，而相對論的整個論證過程其實是相當復雜的，涉及到非常復雜的公式，還有高等數學，看起來比較晦澀難懂。

而作為科普工作者，要做的就是把復雜的東西簡單化，通俗化。盡管這樣做不可避免地會出現不太嚴謹的地方，但并不影響我們對物理理論的影響。

回到上面的問題，速度越快，引力越強，時間就越慢。這就是對相對論中“時間膨脹效應”的通俗解釋。

具體能變慢多少呢？

純分析，能慢到接近于時間停止。

速度無限接近光速，引力足夠大時（比如黑洞的史瓦西半徑，也就是事件視界），時間就趨于停止！

也就是說，光速和黑洞的視界是時空結構終結的地方。

何為時空終結？

可以這樣通俗理解：一旦達到光速，或者身處黑洞視界，你將身處一個完全不同的時空結構里，我們無法理解的地方。

光速，我們無法達到，因為任何有靜質量的物體都無法達到光速，所以單純地依靠速度，我們只能無限地讓時間流逝速度變慢，并不能讓時間停止。

速度讓時間變慢的公式為：t'=t/√[1-(v/c)]

公式本身并不復雜，很好理解。t'是變慢后的時間（高速飛行的時間流逝），t是觀測者的時間（低速世界），v是相對低速世界的速度，c是光速。

引力讓時間變慢的公式為：t'=tx√(1-2GM/rc)

公式為不難理解。G是萬有引力常數，M為天體質量（比如地球），r為物體到天體中心距離。

兩個公式的推導過程相對比較復雜，這里不再詳述，有興趣的朋友可以試試看。

根據速度計算公式（第一個公式），飛行速度必須非常接近光速，時間膨脹效應才會比較明顯。

比如，如果你的飛行速度達到光速的一半，時間只能變慢15%。

也就是說，你以光速的一半（相對地球）飛行一年時間，地球時間只過去了1.15年！

當速度達到光速的99%時，時間膨脹效應就非常明顯了，可以達到7倍。飛行一年，地球時間過去七年！

同樣地，引力也會影響時間流逝的速度。引力越強，時間膨脹效應越明顯。

著名科幻電影《星際穿越》相信很多人都看過，其中就有一個重要情節，主人公在黑洞附近停留了一個小時，地球時間竟然過去了七年之久，時間膨脹了六萬倍！

看到這里，可能有人會有這樣的疑問：既然時間會變慢，那么人們可以因此壽命更長，甚至長生不老嗎？

并不會！

相對論非常重要的一點就是“相對”兩字，必須有兩個不同的參照系，才能讓時間膨脹效應得以體現。

假設你可以亞光速飛行（相對地球），你本身的時間（本征時間）流逝速度并不會有什么改變，如果地球上的人能看到你，會看到你的時間變慢了而已。

當然，你也會看到地球上的時間也靜止了。

你們都沒錯，只是參照系的選擇不同罷了。

那么誰的時間變慢了呢？你，還是地球上的人呢？

只能說，對比兩個不同參照系的時間流逝速度并沒有太大意義。正如上面所說，地球上的人都會認為對方的時間變慢了！

以后當你們重新回到同一參照系（亞光速飛行的你返回地球），才會對此出到底誰的時間變慢了，答案就是：你的時間變慢了！

這也是著名的雙生子佯謬，具體推導過程不再詳述，以后的文章會涉及到。

好像有點扯遠了！

對于目前的人類來講，單純地依靠速度讓時間變慢不太現實，因為速度越快，質量就越大，需要更多的能量才能繼續加速，還要考慮因速度過快帶來的其他問題。

而且速度帶來的時間膨脹效應并不明顯。

用超強引力讓時間變慢也比較，我們很難在短時間內到達黑洞附近。

而有一種方式堪稱星際旅行的完美方案，那就是蟲洞。

通過蟲洞，我們甚至不需要任何加速，就可以瞬間穿越浩瀚距離。

遺憾的是，蟲洞的概念目前仍舊停留在科幻階段，或許有朝一日人類科技足夠發達，就能夠制造出隨意穿越宇宙空間的蟲洞！