时间在我们每一个人的周围,我们任何人都不可能离开时间,但是大家是否知道我们每一个人的时间都是不同的?
按照爱因斯坦的狭义相对论理认为一个物体的速度运动得越快,那么这个物体的时间将会变慢,比如我们用高速行驶的汽车和站在地面静止的人来比较。
站在地面的人就会感觉到汽车的时间过得更慢一些。
在爱因斯坦的广义相对论里认为引力也同样会影响到一个物体的时间快慢。
例如在高楼上面居住的人要比在低楼里面居住的人时间要过得更快一些。
这种现象就是我们在之前所提到的时间膨胀效应。
面对我们不了解相对论的人来看待时间膨胀效应的话,似乎这些物理概念已经超出了我们的认知。
当然,爱因斯坦提出这一概念的时候,也并非是他自己凭空想象的。在后期也有相关的实验证明。
科学家在地球大气层10km上方的位置放了一个π介子。
π介子衰变以后可以转化为一种名叫u子的粒子。
u子的寿命很短,大约只有2.2微秒左右。如此短暂的寿命,即使让它以接近光速的速度来飞行,那么它降落地面的距离也只能达到660m左右。
但是如果在这个理论基础上再加上一个爱因斯坦的狭义相对论中的时间膨胀效应,那么结果就不同了。
由于高速飞行的u子可以让它的时间膨胀到原来的22倍,所以它的运行时间可以达到48.4微秒。那么这也就意味着降落的距离可以达到14.5km左右。
因此科学家只要检测在地面上是否可以接收到u子的结果,来进一步证明时间是否存在膨胀。最后的结果和理论计算出来的完全吻合。
1996年英国国家物理实验室曾经做过这样一个实验,他们采用高精度的铯原子钟来进行实验。
让一架飞机带着其中一台铯原子钟,从伦敦到华盛顿往返一个来回。与留在实验室静止不动的铯原子钟进行比较。
最后实验结果的观察数据显示,两台铯原子钟相差的时间为39纳秒。误差在正负二纳秒。
这和爱因斯坦计算出来的理论值39.8纳秒几乎吻合。
从而也进一步验证了爱因斯坦所说的速度越快,时间越慢的理论。
2011年科学家周钦文研制出了一种以铝原子为基础的原子钟,这台原子钟的精确度可以达到每37亿年误差只有一秒。
于是在后期科学团队利用两台这样的原子钟来验证引力对时间的影响。
他们把其中一台原子钟的高度抬高33cm,根据牛顿的万有引力我们可以知道,升高之后的原子钟相对于受到地球引力就会减小。
之后通过观察发现升高后的原子钟的确时间过得更快,从而进一步验证了相对论的时间膨胀的正确性。
一个物体受到的吸引力越大,时间就会越慢。
其实在现实的世界中,我们大部分人是无法感受到速度越快,时间越慢,引力越大,时间越慢这些概念。
给大家举一个例子。想要年轻一秒钟。那么按照正常的飞机飞行速度来计算的话,需要在伦敦和华盛顿之间大约往返26000次。
一位空姐一辈子都不可能飞出这么多次数。更何况一秒的时间差完全不足以影响到人类的正常生活。
居住在高约400m的高楼内50年,只比我们地面的人年老十秒钟左右。
十秒钟可想而知,就是说一句话的时间。
那么说到这里,大家会产生一个疑问,在现实的世界中到底有没有利用到爱因斯坦时间膨胀效应的事件呢?
gps就是其中很好的一个例子。
由于受到时间膨胀的影响,GPS的星载原子钟它的时间每天要比我们地面的时间大约快38微秒左右。
如果我们地面上的人不及时校正这个时间差的话,那么日积月累就会对我们地面上的人产生较大的误差。
大家设想一下,如果在未来的某一天,我们人类的科技发达到可以研究出接近光速飞行的宇宙飞船那么到时候。
如果想把宇航员送到我们太阳系内的最远的一颗星球上面。
依据时间膨胀效应的影响,将不会再耗费宇航员的一太多时间,甚至一趟星际旅行下来再回到地面上,比我们地面上的人还要年轻。
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