1905年瑞士的春天，在伯爾尼著名的時鐘塔不遠處，沉默寡言的愛因斯坦上了一輛回家的電車。愛因斯坦，僅僅是一個文員，一旦他有時間思考宇宙的真相，就開始了他的工作。正是愛因斯坦絕對的天才優勢，當我們嘲笑自己的想像只是一個白日夢時，我們才思考了他的想法。他的想法實驗之一就是通過電車徹底改變了物理學。
圖解:克拉姆街（雜貨街）時鐘塔，伯爾尼，瑞士
愛因斯坦的窘境
有兩個非常偉大的物理學家深深的影響了愛因斯坦。第一個是他的偶像：發現了運動定律的牛頓；第二個是麥克斯韋，他提出了電磁定律。然而，這兩個理論是相互矛盾的。麥克斯韋假設電磁波的速度是固定的，比如燈光，它運行的速度極高，高達每秒186000米。他聲稱這是宇宙中最根本的事實。
圖解：沒有任何一個物體可以運行的比光速快。
鑑於牛頓的運動定律認為速度是相對的。相對於一個靜止的觀察者，一個以40英裡每小時運動的車的時速是40英裡；相對於一個時速為20英裡的車，這輛車的時速是20英裡；而相對於一個時速為60英裡的車，這輛車是以相反方向運行的。對於光速來說，相對速度的概念和麥克斯韋的直觀的基礎論點是相衝突的。這讓愛因斯坦陷入了極其痛苦的窘境。
這種矛盾讓愛因斯坦宣布了物理學史上具有突破性的答案之一，也是讓人難以置信的答案—一個兼顧雙方的觀點，然而看起來並不是很讓人震驚。為了理解這個衝突，以及究竟為什麼在這種情況下時間會走的如此慢，考慮到另一個精妙的思維實驗—愛因斯坦最好的實驗之一。愛因斯坦想像了這樣一幅畫面，一個人站在車站月臺，在他的兩邊都分別有一個燈柱。讓他站在右側一邊，在同一時間去觀察從兩邊燈柱照射出的燈光。
然而，當另一個人坐在火車上，以燈光的速度穿過它，情況就變得古怪起來。根據運動法則， 距離火車更近的燈柱照射的光會先照射到這個人，而距離火車更遠的燈柱照射的光則較慢。從他們的角度來看，兩個人對於光速的測量都是不同的。但是根據麥克斯韋所說的，我們認為光速肯定是持續的，不管觀察者的運動，但這又怎麼可能呢？——一個所謂的「基礎的」宇宙中的事實。
為了彌補這個差異，愛因斯坦認為，時間是主動變慢，就像光速保持持續！對於火車上的人來說，時間走得更慢；而對於月臺上的人則更快。愛因斯坦把這種現象叫做時間膨脹。
重力時間膨脹
愛因斯坦把他的理論叫做狹義相對論。這個理論比較特殊，因為它解決了恆定速度的問題。為了真正地解決這個問題，即物體具體在哪個時間點加速或減速，他需要調查，當涉及到加速時，他的理論的影響。概括和解釋所有的普遍現象的工作導致他對於時間和重力之間的關係；他把這個新發現的重力理論成為「狹義相對論」。
牛頓認為時間的流動就像一把箭；它只朝著前方前進。愛因斯坦猜想：時間的變化和速度是相反的。並且對於它的可塑性，像空間一樣，時間也有它本身的維度。實際上，愛因斯坦聲稱：這兩個其實是一種事物，且是相同的事物，一個四維結構空間，宇宙中的事件在這個空間是不被摺疊的。他把這種現象叫做絲狀結構。當愛因斯坦公布了他的成果—一個如此驚人的成果，他收到了預期相同的回應——懷疑。
根據廣義相對論，事物的延伸或壓縮了絲狀結構，就像物體不是沒有理由的被拉向地球的中心，而是被在它們之上的扭曲空間向下推。模擬一個斜坡，空間時間的曲率加速了物體向下移動，儘管加速度不是在所有點都是相同的。重力是非常強的力量，且一直朝向地球表面，曲率在這個位置比在外圍區域更強烈一些。
圖解：即使技術上的不完善，但是對於一個大質量物體在跳跳床運動，就是一個解釋這個空間時間的扭曲的非常簡單的例子。
如果重力隨著我們的下降而增加，一個自由落體運動的物體在表球表面B的下落速度要比高海拔的地方A的更快。根據狹義相對論，時間在B點走的比在A點慢，因為B點的物體的速度更快。
什麼是時間？
那麼什麼時間是最精確的時間呢？嗯，也許都不是。愛因斯坦推測沒有絕對的時間。時間是相對取決於動力系統的，是一個參考框架。在你的時間框架裡流動的就是正確的時間。如果運動準則對於所有的觀察者都是一樣的，不管他們的運動，那麼時間一定會變慢，比如你運動的越快，那麼你的表相對其他的表就會走得慢。這就是安妮•海瑟薇在《星際穿越》中對馬修•麥康納說的，當他們到達一個遙遠的星球之後，她說「天上一時，地上七年。」
圖解：什麼是時間？
再一次參考愛因斯坦的電車。是慢鐘的出現限制了我們原始神經得到的建立嗎？或者說時間真的變慢了嗎？那麼時間變慢意味著什麼呢？時間的變化莫測迫使我們不得不發問—時間本身是什麼呢？這不僅僅是一個令人討厭的哲學本科生在派對上相互探討的問題。時間的概念從遠古時期就已經困惑著即使是出色的哲學家和物理學家。
時間的初級功能是使事件按年代順序編排。然而，直到最近400年，人們對時間的猜測都是：恆星是繞著我們運動的，而不是我們繞著恆星。儘管它的推論背景並不準確，「時間」依然表現的出色。它照常運轉，因為時間日復一日，年復一年的按照我們所預測的那樣重複，當你的某些事情像你所預測的那樣重複的話，你就有了一個守時機制。
圖解：天文鐘-古老的種
伽利略運用大自然循環的本性來計算運動。他稱，沒有任何時間的參考，描述運動幾乎是不可能的。然而，這個時間不是絕對的。即使牛頓已經定義了時間的定律，他運用時間的概念，以及借用了兩個行走並不是絕對的一步步走的鐘，它們有著獨立的時間，然而它們彼此的時間不相同。同步性就是我們建立高度尖端和準確的原子鐘的原因。
我們在同步性的基礎上構建了時間的概念，兩個事件的同步性或者重要的巧合，比如說一輛火車的到達以及當火車到站時，鐘的指針的獨一無二的重合。愛因斯坦的理論認為這些巧合一定是被一個火車是如何運動所影響的。如果分別在站臺和火車上的兩個觀察者在同步性上不能達成一致，那麼他們在時間是如何流逝的也不能達成一致！
在可預測情況下，運動的影響的理想讓我們思考到最簡單的計時機制。想像一個計時裝置是由一個光子和兩面鏡子組成的，一個光子在兩個距離不遠的鏡子之間來回反射。假設光子反射一次，時間過去一秒。現在，那兩個鍾分別放在高處的A點和地球表面的B點（之前討論過），分別記錄當一個自由落體運動的物體下落經過他們時的時間。自由落體運動的物體採用它自己的參考系，以一個相近的鐘來測量時間。它們究竟測量到了什麼呢？
觀察一個光子在兩面鏡子之間的反射就像觀察一個網球在運動的火車之間的反彈。即使對於火車裡的人來說，球是垂直地反彈；但對於在火車外面精緻的觀察者來說，這個球是成三角形反彈的。
當光子第一次像網球一樣被釋放之後，把裝置向前移動，看上去它被反射之前移動了更長的距離。我們對於時間的測量因此而失真了！此外，裝置移動的越快，光子需要反射的時間就越久，從而延伸了一秒的持續時間！這就是為什麼時間的流動在B點時比在A點慢（回憶一下原因，因為重力，物體在B點下落的速度比在A點的快）。這個可編程的附圖生動的描述了光子的三角形運動，以及因此導致的時間的流逝。
當然，這個差異是極小的。鐘錶分別在山頂和地球表面測量的時間的差異是納秒。然而，愛因斯坦的發現是突破性的。重力真的會阻止時間的流逝，這就表明，越重的物體經過它附近的時間就越短。
話雖如此，光子鐘的選擇證明了這看起來是便利的，整篇文章都討論了光的減速。然而，時間膨脹影響了每一個鐘錶，不管它是否依賴於最簡單的電磁現象，或者複雜的電磁力和牛頓的運動定律的結合。廣義相對論證明了這一點。事實上，即使生物學過程，以及其促使的時間，是膨脹的。是的……你的手其實比你的腳要老一點點！
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3. Pepper- Akash Peshin- sciabc
如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除
轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處
翻譯：天文志願文章組- Pepper
審核：天文志願文章組-
排版：零度星系
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.原文來自：http://sciabc.us/kWOIK
本文由天文志願文章組- Pepper翻譯自Akash Peshin的作品，如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫運營者刪除。
注意：所有信息數據龐大，難免出現錯誤，還請各位讀者海涵以及歡迎斧正。
結束，感謝您的閱讀與關注全文排版：天文在線（零度星系）
轉載請取得授權，並注意保持完整性和註明出處
浩瀚宇宙無限寬廣 穹蒼之美盡收眼底