天上一天,地上一年並非無稽之談,愛因斯坦早已給出答案

提到時間與空間,我們大多數人的理解,時間是沿著直線運動的,而空間是一個三維立體的概念。但是我們的這些理解其實都是對時間和空間的誤解,真實的時間和空間其實是相互聯繫在一起的,而且時間也並非一成不變,它是一個相對的概念,換句話說,時間是可以被改變的。那麼,要理解這一切,咱們還得先從牛頓的萬有引力說起。

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根據牛頓的萬有引力定律,物體與物體之間是存在著相互作用的引力的,而物體與物體之間引力的大小是與物質本身的質量和距離有關的,質量越大、距離越近的兩個物質,它們之間的引力也就越大,反之則越小。

誠然,這是一個非常重要的科學發現,但是對於引力是如何產生的,又是如何發生作用的,牛頓並沒有找到答案,他只不過是發現了這樣一個現象和規律。

雖然牛頓沒有找到答案,但是後來卻被愛因斯坦解開了謎題。

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愛因斯坦的廣義相對論對於物質之間引力的產生給出了精闢而合理的解釋。

按照愛因斯坦的廣義相對論,引力的產生是由於時空彎曲造成的。這裡所說的時空是指時間和空間,也就是說,所謂的時空彎曲實則是時間和空間共同彎曲。

說到這,相信很多人意識到這裡所說的時間和空間似乎和我們日常理解的不太一樣。按咱們普通人的理解,時間就像是一條直線,從一端走到另一端,而空間也僅僅是一個三維的概念。但是按照愛因斯坦的廣義相對論,時空是平直的,任何有質量的物質都會造成時空平面的凹陷,而凹陷所形成的彎曲就會影響彎曲範圍內的物質。這些彎曲範圍內的物質會因此而代表其運行軌跡和時間的快慢。

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說到這,相信很多人對於改變運行軌跡這點比較容易理解。就好比用一個四周被撐起來的大床單,如果你在床單裡放一個重物,它自然會把本來平直的床單壓得變形。如果在這個時候再向床單中投擲一個質量不那麼大的東西,你會發現,這個東西的運動軌跡會不斷地向剛才那個重物靠近,這個過程其實就跟愛因斯坦的廣義相對論描繪的場景差不多。

如果說空間扭曲產生引力這事兒比較好理解的話,那麼時間的快慢又是怎麼改變的呢?

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其實,關於時空扭曲會改變其影響範圍內的物質的運動軌跡這事兒,也包括光。也就是說,在空間被扭曲的同時,光的運行軌跡也會發生改變,它會在經過被扭曲的空間範圍時產生一個弧度。而弧度內側的行進距離相對於外側來說就會短一些。而我們都知道,光的傳播速度是恆定的,所以根據“距離=光速*時間”這個公式,我們就可以推導出,弧度內側的時間必須慢於弧度外側的時間,上述的等式才能成立。這也就是說越靠近引力場的時間會越慢。

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其實這一點,在《星際穿越》這部電影中也有涉及。其中有一個畫面就是當庫珀他們的飛船登陸了靠近黑洞的星球后,時間突然變慢了,他們在這個星球上度過1個小時就相當於地球上的7年,結果當他們再與同事匯合的時候,他們的同事已經老去了幾十歲。這就是因為黑洞的超大質量造成了時空的扭曲,從而使得越靠近黑洞的星球,其星球上的時間就會越慢的道理。

所以,從這個角度講,時間和空間確實是一個統一的概念。


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