我們經常會這樣問:現在幾點了?
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這個問題看起來確實很簡單,但是并沒有唯一確定的答案。你身邊的同事可能會告訴你:現在是上午10點整。如果你的一個朋友遠在美國,他可能會告訴你:現在是晚上10點。而身在巴黎的朋友可能會睡意朦朧地告訴你:現在是凌晨3點鐘,這么早你打電話干嘛?
而如果你的朋友正好在太空中的空間站,他會告訴你現在是凌晨2點整。空間站上雖然每天都要經歷16次日出和日落,不過他們采用的是世界標準時間,因為國際標準時間與北京時間相差8小時。
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看到了吧,對于一個在我們看來如此簡單的問題,竟然會有這么多不同的答案。這些答案哪個是對的呢?
都是對的。因為上述時間其實都是人為定義的,不同的時區(qū)自然會有不同的時間。
不過空間站上的時間與地面時間有著本質區(qū)別,地面時間,也就是鐘表顯示的時間,如果有誤差,可以手動校對,而空間站上的時鐘是自動校準的。
為什么會這樣?要知道,空間站上使用的是最先進的原子鐘,為什么還要校準呢?
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這確實是一個好問題,因為這個問題直擊時間的本質。我們長期以來都認為時間是客觀不變的,并認為這種客觀不變固若金湯,在宇宙任何地方都適用。殊不知時間并不是客觀不變的,甚至可以說地球上每個人的時間流逝速度都不一樣,只不過差距極其微小,我們根本察覺不到。
話說過來,為什么要對空間站上的時鐘進行校準呢?就是因為天上的時間與地面時間總是會出現差異的,為了避免這種差異給人們帶來困擾,比如對空間站上的時鐘進行校準。
空間站上的時間與地面時間會有多大差異呢?
空間站的時間比地面時間每天要快大約38微秒,一秒等于100萬微秒,因此38微秒其實是非常短暫的時間,誤差非常小。
但不要小看這短短的38微秒,由于衛(wèi)星定位系統(tǒng)對精度的要求極高,隨著時間的不斷積累,誤差也會越來越大,如果不對空間站上的時間進行校準,最終衛(wèi)星定位系統(tǒng)的誤差會很快達到數千米,導航系統(tǒng)也因此會徹底失效。
那么,為什么空間站上的時間與地面時間不一致呢?愛因斯坦的相對論早就告訴了答案。

狹義相對論表明,速度越快時間就相對越慢。而廣義相對論表明,引力越大,時間也會相對越慢。這就是所謂的時間膨脹效應。
衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的衛(wèi)星高度通常都超過2萬千米左右,速度非常快,時速能達到14000千米。
如此快的速度,會讓衛(wèi)星上的時間發(fā)生膨脹,相對地面時間每天會慢大約7微秒。而同時由于衛(wèi)星距離地面很高,受到的地球引力會更小,因此低引力讓衛(wèi)星上的時間更快,每天大約快45微秒。
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綜合速度和引力對時間的雙重影響,衛(wèi)星上的時間每天會快大約38微秒。
這就是愛因斯坦相對論體系下的相對時間觀,徹底打破了牛頓力學體系下的絕對時空觀。
不過時間的相對性,總是會讓人感覺錯亂,因為我們不知道該相信哪一個時間,也不知道哪個時間才是準確的。而這也正是愛因斯坦相對時空觀的精髓和本質,沒有絕對的時間和空間,兩者都是相對的。
讓我們舉個例子,就能明白時間的相對論會帶給我們什么樣的困擾了。
假如你乘坐一艘飛船,以無限接近光速的速度飛往距離太陽4.2光年外的比鄰星,這里暫且不考慮你加速和減速過程,你以無限接近光速的速度勻速飛行到比鄰星。
對于地球上的我來講,在大約4.2年之后你會到達比鄰星。在這4年多的時間里,我在地球上肯定會做了很多事情。
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但是對于你本人來講,由于你乘坐的飛船速度無限接近光速,會出現非常明顯的時間膨脹效應和尺縮效應(兩者是等價的,會同時出現,因為時間和空間是一體的),意味著你的時間相對我來講幾乎靜止,這意味著在我眼里,你幾乎是在完全靜止的狀態(tài)下到達了比鄰星。
假設你恰好打了一個噴嚏,我會發(fā)現你連噴嚏都沒有打完就到達了比鄰星。也就是說,你打噴嚏的功夫,我的時間就過去了4年多。
而你自己的感覺是什么呢?你的時鐘當然不會是靜止的,因為每個人的時鐘(也就是本征時間)其實都是一樣的。也就是說,你在飛船上的感受與在地球上的感受并沒有什么不同,如果你處在一個絕對密閉的飛船內,無法看到外面風景,你甚至不知道自己在一艘飛船上。
不過,對于你自己來講,你會感覺到瞬間就來到了比鄰星,雖然你自我感覺時間仍然像在地球上那樣流逝,實際上由于你的速度無限接近光速,會出現非常明顯的尺縮效應,遠在4.2光年外的比鄰星,瞬間就會“來到”你面前,好像一跨步就能到達比鄰星。這就是尺縮效應,在你眼里,地球與比鄰星之間的距離不再是4.2光年,而是非常短,具體有多短,取決于你的速度到底有多接近光速。
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這里其實也牽扯到“雙生子佯謬”,地球上的我老了4.2歲,但飛船上的你幾乎沒有任何老去的跡象,因為在我度過了4.2年之后,你的時間只過去了一瞬間。
往深了講,想要永生其實并不難,起碼理論上很簡單,只要以無限接近光速的速度飛行就可以了。只要你的速度足夠接近光速,在你飛行的一瞬間,你就有可能直接走到了宇宙的盡頭,因為你的一瞬間,宇宙時間可能過去了無限久,意味著宇宙將會走向終結。
不得不承認,愛因斯坦相對論中的相對時間,確實讓很多人感到困惑,但無數個實驗表明,相對論又是對的。
很多人會感嘆,為什么宇宙中不存在統(tǒng)一的時間標準呢?為什么同處一個世界,每個人的時間都是不一樣的呢?
這就是時間的奇妙之處,每個人只需要為自己的時間負責,也就是“裝在自己口袋里的時鐘顯示的時間”,物理學上稱之為“本征時間”。
其他人的時間對于我們來講是沒有意義的,不管時間如何膨脹,只有位于同一參照系下的時間對比才有意義,不同參照系下的時間快慢其實沒有意義,因為不同的參照系,本來就意味著不同的時空。
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就像5000光年有一個黑洞,黑洞附近有一顆行星,上面住著外星人。由于距離黑洞很近,外星人的時間流逝速度相對地球時間就會很慢。而這種時間快慢的對比就是沒有意義的,因為無論是人類還是外星人,根本感知不到時間到底是快了還是慢了,除非人類前往外星人所在的星球,或者外星人來到地球。
理論上講,外星人度過一年的時間,人類可能度過了成千上萬年,但那又如何呢?人類與外星人本來就生活在不同的時空,只需要為各自的時間負責,對方的時間快慢與自己是沒有關系的。
如果外星人的壽命是一百歲,那就是一百歲,并不會因為外星人的時間變慢而變成一千歲。當然,如果對于待在黑洞附近的外星人來講,他們確實可以“穿越”到地球的未來,但也僅此而已。
總結就是,時間是真實存在的,但每個人時間流逝速度是不同的,這種不同只是相對其他人而言,自己當然是感知不到的。
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