相對論告訴我們,時空是可以扭曲的,科學家用實驗證明了它

2020-12-22 探索浩瀚星空

我們生存在一個什麼樣的世界?對些相信很多人都會回答,我們生存的世界是一個三維立體空間。沒錯,這是我們直觀的認知,在這個三維空間中,有兩個物理量起著主導作用,那就是時間和空間。

對於空間相信大家都是比較好理解的,畢竟我們生存的地方處處是空間,而宇宙更是一個浩瀚的空間。可是對於時間,人們的認知可能就非常少了,可能很多人會說了,時間有什麼神秘的,我們每時每刻都在跟時間打交道。

可能在很多人的認知裡,年、月、日等單位就是指時間,可事實上,宇宙大爆炸之後誕生的時間本質到底是什麼,目前還沒有一個確定的結論。如果宇宙中有很多的智慧文明,那麼不同的文明對於時間的定義和理解可能也會有很大的區別。

人類現在認知的時間,只是我們自己定義的一個基本物理量,它有可能並不是時間的真正本質。我們要了解一個事物的本質,必須要對這個事物的屬性有了解,而在宇宙中,時間和空間組成的時空無疑是最神秘複雜的東西了,而時空的奧秘有可能也是宇宙的終極奧秘。

我們現在要探索宇宙,缺乏的就是超快的速度,可是根據愛因斯坦相對論,物質的速度極限是光速,如果是這樣,那意味著人類將永遠不可能走遍宇宙,不可能真正掌握宇宙的全部奧秘。那麼光速真的不可破嗎?相對論為速度制定了一個限制,關閉了一扇窗的同時也為我們打開了另一扇窗,那就是時空是可以扭曲的。

愛因斯坦的相對論可以稱得上是一個偉大的理論,它在某種程度上已經向我們揭開了宇宙的最大奧秘。在過去,我們一直以來空間是平滑穩定的,時間那更是一塵不變的。可是愛因斯坦卻對此提出了質疑,在它的相對論體系之下,不僅空間可以扭曲,而且時間同樣也可以扭曲。

而空間的扭曲其實早已被科學家通過實驗得到了證明,比如現在應用在太空探索中的引力波就是利用空間扭曲來進行的。那麼時間又是如何扭曲的?愛因斯坦的時間扭曲論主要分為兩種,一種是時慢尺縮效應,一種是引力時間膨脹效應。

「時慢尺縮」這個詞來自於愛因斯坦狹義的相對論,愛因斯坦對它的解釋是它可以描述運動與時間的關係,當物體的運動速度不斷加快的時間,它所經歷的時間也在不斷變短。如果物體的速度能夠無限接近於光速,那麼時間也會無限接近於停止。

根據這個原理,我們可以得出,當飛船的速度達到了光速的時候,時間也就停止了。如果你能在光速飛船上一直前行,理論上來講,你就相當於實現了永生。可以走遍宇宙的任何一個角落,因為你不管飛行一萬年,還是一億年甚至是數百萬億年,對於你來說,時間都是靜止不動的。

這樣的理論提出之後自然是得到了很多人的質疑,直到1971年,物理學家喬.哈夫勒(Joe.Hafele) 與理察.基廷(Richard.Keating)進行了一場「時慢尺縮」的實驗。當時,他們設計了一個飛行原子鐘,然後將高精度的原子鐘放置在飛機上,再然後圍繞地球飛行,最後將飛機上的原子鐘的時間數據與地面上的原子鐘做了對比,由此也證實了「時慢尺縮」的真實性。

後來,科學家又通過更加精密的儀器做了類似的實驗,實驗結果都與「時慢尺縮」的公式計算差不多。由此可見,時間扭曲之下的「時慢尺縮」效應是真實存在的。

而「引力時間膨脹」描述的則是引力是如何影響時間的,我們都知道,任何有質量的物體都是有引力存在的,這就是牛頓提出的萬有引力定律。而質量越大的物體,其引力也越強。我們站在地球上,是很難真正體會到質量物體的引力效應。

可如果是走出地球,站在太空中,你就能夠明顯感受到天體產生引力的強大。如果在一個引力場中,引力源的質量越大,那麼其中的物體所經歷的時間就會縮短。如果物體離引力源越遠,那麼它所經歷的時間也就越長。

「引力時間膨脹」效應是否正確呢?這個其實在人類走出地球之後,科學家通過相關的實驗已經得到了證實,它是正確的,而在我們現實世界中,應用「引力時間膨脹」效應其實更多,比如現在的GPS,要想獲得準確的定位,就需要用到「引力時間膨脹」效應。

要知道衛星距離地球是比較遠的,這個時候引力產生的時間膨脹就不可忽視了。如果GPS系統不將「引力時間膨脹」考慮進去,那麼得到的定位就會跟實際有明顯的偏差。所以GPS系統參照了相關的公式,再進行精密的調整,才有了現在的精確定位。

由此可見,不管是空間還是時間,目前科學家都通過實驗進行了相關的證明。時空扭曲已經是不用懷疑的事實,當然,人類現在對於時空扭曲的理解和應用還只是皮毛,它最大的應用可能有兩個,一個是實現空間跳躍,讓我們快速到達宇宙的任何一個角落,而另一個則是實現傳說中的時空穿越,在不同時間線上跳躍。

而這兩個要實現的難度又會有巨大的差別,相對來說,通過空間扭曲來實現空間的跳躍,更容易實現一些。只要我們對空間的理解更上一層樓,能夠用強大的能量扭曲空間,那麼就有可能實現科幻作品中的蟲洞穿梭,從而讓我們快速到達遙遠的星空。那個時候,人類才算是真正的星際文明。

而利用時間扭曲來進行穿梭時空,回到過去或者前往未來,似乎就非常困難了。而時間是否可以倒流加速,目前仍然沒有確定的結論,雖然在不少的科幻作品中,都有時空穿越的描述,但是在現實世界中,時間仍然是一個難以捉摸的東西。甚至有不少的科學家認為,時間有可能並不存在,只是人們虛幻出來的事物,到底真相如何,還需要科學家在未來不斷探索研究。

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