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為什麼引力越強時間越慢?時間不應該是客觀的嗎?
2023/03/25

首先我們來看看時間到底是不是客觀的。

絕對的客觀是不存在的,因為人類的客觀認知本質上都是主觀的,人類所有的認知之所以會有不同,就是因為立場不同造成的。

比如說一個水杯,我們都會認為水杯是客觀存在的。但水杯到底是什麼?如果我們把水杯無限拆分下去,最終會得到原子,電子,夸克。問題就來了,電子和夸克還能繼續分割下去嗎?它們由什麼構成?目前人類無法回答,即使能回答,這個問題最終也會走進死胡同。

而且不管得到什麼樣的結果,都只是人類的主觀認知罷了。 說白了,任何問題一旦追根溯源,所謂的客觀與主觀的分界線就會變得模糊起來。

那麼時間是客觀的嗎?人類很難給出確定答案,因為我們并不知道時間到底是什麼,雖然每個人都覺得時間無處不在,但都無法給時間一個明確的客觀定義。

日常生活中,我們為何離不開時間呢?簡單講,沒有時間,一切將毫無意義。

日常生活經驗告訴我們,要明確一個物體的位置,就需要空間坐標,這個坐標是三維的。但僅僅有空間坐標是不夠的,我們在描述一件事或者一個物體的時候,還必須引進第四個坐標,時間坐標,否則我們描述的事物就沒有意義。

舉個簡單的例子,你和朋友約會,必須明確地點和時間,這里的地點就是空間。如果僅僅告訴朋友約會的地點而沒有時間,這樣的約會就沒有任何意義。

在愛因斯坦之前,人們一度認為時間和空間是分開的,認為時間是絕對不變的。

不過愛因斯坦的相對論徹底顛覆了我們的傳統認知。相對論表明,時間是運動變化的直接體現,但運動又與空間息息相關,所以時間就必須與空間聯系在一起,兩者是不可分割的,統稱為「時空」。

也就是說,任何單獨討論時間和空間的行為都沒有意義,兩者必須結合在一起才能描述我們的世界。同時,時空也不能脫離物質單獨存在,物質也一直在運動,只要運動就需要時間來描述,所以時空和物質也是同時存在的。

愛因斯坦的相對論中的「時空概念」是以閔氏時空為基礎的,也就是閔可夫斯基時空圖。根據閔氏時空,任何時間都能描述成一個時空光錐。

比如說,朝水面上扔一塊石頭,濺起的水波就會在時間和空間的方向上形成一個圓錐。

同樣的道理,我們也能畫出一個事件的光錐。以此時此刻的一個事件P為原點,事件上方就是未來光錐,也就是未來可能發生的事情,而P點下方就是過去光錐,是已經發生的事件集合體。

而將來光錐和過去光錐外的區域是沒有意義的,因為相對論告訴我們,光速是宇宙的速度極限,光錐之外的區域意味著「超光速事件」,超光速對于我們來講是沒有意義的。所以對于我們每個人來講,光錐之內就是命運,光錐之外就是不可知的。

能夠看出,時間只是人類認知世界的工具罷了。所以客觀來講,時間其實是不存在的,存在的只是時間概念。愛因斯坦的相對論體系下所謂的「時空」其實指的是時間概念和空間概念。

下面再來說說引力與時間的關系,引力為何會影響時間呢?

歸根結底在于,引力與其他基本作用力不同,說白了在廣義相對論體系下,引力其實是一種力,它只是時空彎曲的表象,物體沿著彎曲的時空運動,就體現出了引力。

站在四維時空角度,其實任何物體都是一直在做直線運動,只是這里的「直線」與我們在三維空間認知的直線有本質區別,我們通常把四維時空的直線運動稱為「測地線」運動。

根據廣義相對論,任何物體都是沿著四維時空做直線運動,只不過從三維空間的角度來看,我們會感覺物體在做曲線運動,在繞圈圈。

這就像站在三維空間的視角看二維空間,三維空間的直線運動在二維空間里就是彎曲的。比如說一架飛機在三維空間做直線運動,運動軌跡投影到二維的地面就是彎曲的。

于是,這種時空形狀的改變就會帶來時間的變化。具體來講,當光線經過強大的引力場,就會失去部分能量。由于光的能量與頻率息息相關,失去能量意味著頻率變小,波長變長。

由于光速是不變的,于是光線的兩個相鄰波峰之間的時間就變長了,意味著時間變慢了。

這也是為什麼在高空上觀看地面上發生的事件,會感覺地面上的時間變慢了,因為地面的引力更強,時間就會更慢。

這種引力導致的時間膨脹不僅僅是猜測,愛因斯坦的廣義相對論早就表明了這點,同時人們在現實生活中也早就驗證了這一點。

早在上世紀60年代,科學家就曾經做過一個實驗,在一個高塔的頂部和底部分別放置兩個非常精確的時鐘,結果顯示底部的時鐘走得更慢。

而這種現象時刻影響著我們的生活,比如說衛星導航系統,由于衛星的高度很高,受到地球的引力較小,就必須考慮到引力對時間流逝速度的影響,當然也要考慮到速度對時間的影響,否則導航系統就會徹底失效。

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