日常生活经验告诉我们,时间应该是客观的,绝对的。也就是说,我们每个人体验到的时间流逝速度都是一样的。根据这种生活经验,不仅仅在地球上,在宇宙中其他星球上也应该如此,时间是绝对客观的。
但是,一百多年前的《相对论》横空出世,完全颠覆了人们的这种传统认知。爱因斯坦的相对论告诉我们,时间和空间都是相对的,而且时间和空间是一体的,不可分割的,我们必须抛弃“绝对时空观”才能更好地理解相对论,否则只会在“绝对时空观”的思维体系下越陷越深。
一个最明显的现实证据就是飞船上的时间比地球上的时间慢。科学家在飞船上放置非常精确的铯原子钟,与地球上的铯原子钟对比,发现飞船上的铯原子钟走得更慢,不过差别非常小。
通俗来讲就是:时间会因为参照系的选择不同而发生变化,流逝速度会有所不同。速度越快引力越大,时间流逝速度就越慢。这里需要强调一点,在同一个参照系下,无论速度有多快引力有多强,时间流逝速度都不会有异常。
举个例子,哪怕你乘坐一艘无限接近光速飞行的飞船,如果没有别的参照系,你并不会感受到时间流逝速度有任何异常,当然不会觉得时间变慢了,你感受到的一秒,一小时,一天与地球上感受到的都是一样的。只是相对地球这个参照系而言,你的时间确实变慢了。
这就是相对论中的“时间膨胀效应”(钟慢效应),这种效应的前提是必须是两个不同的参照系之间来对比。
相对论中的“相对时空观”完全颠覆了我们对时间的传统认知,它告诉我们,,每个人的时间流逝速度其实都是不一样的,只不过在地球上由于速度和引力差别都非常小,我们不可能感受到时间流逝的差别。
很多人对相对论中的“相对时空观”不是很理解,也很难接受,那是因为从古自今人类就生活在低速和低引力世界,我们很难直观地去感受时间流逝快慢的变化。
不过,相对论中的时间膨胀效应早已经过了很多次试验的验证。
早在半个多世纪前的1971年,美国就曾经用商业航班,搭载四台铯原子钟,进行了两次环球飞行,一次向东,一次向西,主要是充分考虑到地球自转和公转对飞机速度的影响,力求做到误差最小,实验最严谨。
实验结束后,经过了一系列复杂的数学运算,考虑到飞机飞行线路,速度,高度,地球引力等参数,最终得出了以下结果:
向东飞行的飞机:理论上飞机上的时间应该比地球时间慢40纳秒,而实际上慢了59纳秒左右。
向西飞行的飞机:理论上飞机上时间应该比地球时间快275纳秒,实际上快273纳秒左右。
理论与实际的差异非常小,在允许的范围之内,这种微小差异主要是引力飞机在飞行过程中不可避免地受到某些客观因素影响。而且上述差异是四台铯原子钟的总共差异,每台铯原子钟的差异就更小了。
如果你还不相信相对论中的“时间膨胀效应”,现实中有确实存在的事实让你不得不信,那就是:卫星导航系统。我们平时开车时都离不开导航,而导航的一个根本原理就是利用了时间膨胀原理。
天上飞行的卫星由于速度很快,引力更小,造成卫星上的时间与地面时间并不一致,所以必须对卫星时间进行调整修正,让其与地面时间保持一致同步,否则导航系统就会彻底失效,根本无法给我们提供准确的位置信息,极有可能把我们导航到沟里去。