打小我們的祖先、長輩就教導我們一定要珍惜寶貴的時間,而現實生活也告訴我們時間是連續不斷的東西,它只會向未來單一的方向勻速發展,也就是說,我們沒有辦法找回逝去的時間,也沒有辦法讓時間流速慢下來。時間流(變化率)被認為是宇宙的基本定律之一。即,時間流不能改變。
那麼時間是什麼?
時間是人為規定的一個比較抽象的概念,我們根據地球繞太陽的規律運動確定了一個恆星年,也根據地球的四季變化規定了一個回歸年,這說明我們對時間的概念是根據一件事物有規律的運動總結出來的經驗。也說明時間是事物的無限持續發展,從過去、現在到未來的不可逆事件。
時間是各種測量的組成部分,用於對事件進行排序,比較事件的持續時間或事件之間的間隔以及量化物質現實或有意識體驗中的數量變化率。
現代物理學所說的時間與經典時間概念有很大的不同。1905年,愛因斯坦提出了相對論,即狹義相對論。這一理論改變了我們對整個時空結構和性質的看法。
現在我們要放棄我們心中對時間固有的看法,時間不僅會在我們周圍的事物中流動,還會在我們體內流動。時間只以變化率的形式存在於物質內部,時間的流速在很大程度上取決於物質的相對運動。
狹義相對論下的時間膨脹
在量子水平上,例如在我們的身體內部,存在著相互作用的基本力,這些量子級的基本力以恆定的光速在所有物質內部發生著相互作用(通信),從而導致了原子,分子和細胞水平上的所有變化。因此以光速進行的相互作用就是我們觀察到的時間流逝的極限。
當我們觀察一個非相對運動的物體時,我們只能看到物體內部以光速傳遞的基本力的影響,這也是物質內部變化率或時間流逝的速度。所以不要認為一個靜態的物體是完全靜止的:在它內部,相互作用以光速持續地交互。事實證明,物質內部的相對變化率(時間)與愛因斯坦的光鍾完全同步:
上圖是一個光鍾,在兩個反射鏡之間有一個距離,頂部的反射鏡能計算接收到的光脈衝時間間隔。當我們看到一個相對於我們不動的光鍾(左圖)時,我們看到的時間要比相對於我們運動的光鍾(右圖)快,因為對於我們來說,相對於我們運動的光鍾,光脈衝傳播的距離更長,因此花費的時間就越長。當然相對論,我們要了解這個相對,這說的是另外一個觀測著的看法,認為你運動速度快,時間減慢!但對我們來說,無論我們以多快的速度運動,我們自己時間是不會變化的,該活多少年還是多少年。所以要記住,相對論是別人的理論,跟我們自己無關。這就是狹義相對論影響事物外部和內部時間變化率的原因。
那麼廣義相對論的引力為啥會讓時間膨脹呢?
其實不是引力減慢了時間,還是狹義相對論下的時間膨脹,只不過是直接套用了一個等效原理,等效原理是廣義相對論的基礎,它說的是在一個封閉電梯中,我們無法用任何實驗手段分辨出電梯是在向上勻加速運動,還是處在一個靜止的引力場中,這說明加速度和引力是等效的。因此狹義相對論下的時間膨脹也同樣實用與引力場。當然我們還有另外一種解釋。
我們知道光以恆定的速度傳播。光線的能量取決於其頻率,而不是其速度。但是光也受到引力的影響。這意味著,如果從大質量物體的「引力井」深處向上發射一束光線,光線從「引力井」中爬出時會損失一部分能量。
因此,假設我們站在行星的表面上發出的光線是綠色的,即600THz(太赫茲)振蕩。等這束光線到達太空已經失去了一部分能量,變成了深紅色的光,以400THz的頻率振蕩。
但是,但是光線在旅途中沒有任何東西可以「消除」振蕩。也就是說能量不會被創造或毀滅。因此,行星表面的人認為電磁波每秒「振蕩」600萬億次,而太空中只看到每秒400萬億次「振蕩」,那麼唯一可能的解釋是,太空中的秒數與地面的秒數長度不同。取而代之的是,根據地面上的手錶,在一秒鐘內產生的600萬億次擺動,在太空中需要1.5秒才能完成。同樣,如果地面每秒打開和關閉光源,太空中將看到持續1.5秒的光脈衝,然後暫停1.5秒。
反之亦然:如果太空向地面發出400 THz的紅光,地面會看到600 THz的綠光。在這種情況下,頻率的變化對應於光線「落入」引力井時能量的增益。
因此,如果我們假設光速是恆定的,光在引力阱中獲得/失去能量,我們必須得出結論,唯一可能的情況是時間在以不同的速度滴答作響。一個時鐘無論是機械的還是生物的,引力越強,時間的速度就越慢。這就是引力影響時間的方式。