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一般来讲,我们都会认为“穿越”这种事情只是存在于人们的幻想中,然而实际情况却可能不是这样,因为根据爱因斯坦的《广义相对论》中的相关理论可以推测出,原来我们经常在时间中“穿越”,只是我们察觉不到。那么这是咋回事呢?下面我们就来讲一下。
爱因斯坦在《广义相对论》中指出,引力可以让时间变慢,对于同一个物体而言,它所受到的引力越大,其感受到的时间就越慢,对此他还给出以下公式用以计算(公式中的t代表被观测者的时间,T代表静止参考系的时间,G代表引力常数,M代表产生引力场的天体质量,r代表引力场中心与被观测者之间的距离,c代表光在真空中的速度)。
我们将相关数据代入上述公式,就可以计算出,对于同一个物体而言,它在地球上的高度每上升1米,其时间就会快大约1.09 x 10^-16秒。据此可以看到,当我们在上下楼的过程中,其实就是在时间中“穿越”,比如说当我们上到12楼(高度约为44米)的时候,我们感受到的时间就会比在1楼的时间快了大约1000万亿分之4.8秒。
很明显,虽然我们经常在时间中“穿越”,但是如此细微的时间偏差我们是察觉不到的。
上述的现象被称为“引力时间膨胀”,这似乎有点令人困惑,因为在我们的印象中,引力应该只对有质量的物质起作用,而时间却是一种抽象的概念,也就是说时间根本就不是物质,更没有质量,那么问题就来了,为什么引力会让时间变慢呢?要回答这个问题,我们需要先来了解一下《广义相对论》中的核心理论——“等效原理”。
什么是“等效原理”?
先来看一个简单的例子,相信大家都乘坐过电梯,也都知道在电梯启动的时候,我们会明显地感受到一个与电梯运动方向相反的力(比如说电梯向上,这个力就向下),其实这个力就是一种惯性的体现,我们可以将其称为“惯性力”。
现在想象一下,在失重的状态下,一个人呆在一部与外界完全隔离的飞行器里,当这个飞行器以与地球的引力加速度相等的加速度向上运动时,这个人会有什么样的感受?答案是显而易见的,那就是他会觉得自己受到了与地球引力一模一样的力。
这就意味着,一个引力场与一个具有适当加速度的参考系是不可分辨的,换句话来讲就是它们是等价的。这就是上面提到的“等效原理”的简单解释,根据这个原理可以得出,我们可以用一个具有适当加速度的参考系来描述一个引力场。
那么这与时间又有什么关系呢?
其实这来自于“光速不变原理”,即:不管在哪个参考系中观察,光在真空中的速度都是不变的,简单来说就是,对于一束在真空中传播的光而言,无论你是迎着它运动,还是背对着它运动,在你的眼中,这束光的速度都是299792458米/秒。
为什么会这样呢?很遗憾,答案是不知道。我们可以认为,这就像“正电荷和负电荷会互相吸引”一样是一种客观现象,目前我们并不知道其中的原理。
在《狭义相对论》中,“光速不变原理”被作为公设,爱因斯坦认为,既然光速不变,那么时间和空间就会改变,并据此推测出一个物体的速度越快,其感受到的时间就越慢,这被称为“钟慢效应”。
而根据“等效原理”,引力场是等价于具有加速度的参考系,由此可以推测出,既然速度可以让时间变慢,那么引力场也就可以让时间变慢,并且对于一个引力场而言,它的引力越强,其等价的参考系的加速度就越快,时间也就变得更慢。
需要指出的是,人们早已在实践中发现,“引力时间膨胀”这种现象确实是存在的,比如说运行在大约2万公里高度上的全球定位系统(GPS),就必须要考虑到由“引力时间膨胀”造成的时间偏差,如果不这样做的话,该系统就根本无法进行准确地定位。
原来我们经常在时间中“穿越”,只是我们察觉不到,不得不说,宇宙真的很奇妙,你觉得呢?
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