這是一個比較燒腦的問題,我們需要先理解一下在愛因斯坦的相對論中,有關時間的非常抽象的概念。在相對論的體系中,我們所處的時空之所以被稱為時空,那是因為時空是由時間和空間共同構成,它們是一體的,是不可分割的,任何脫離時空體系的對時間的描述都是片面的。簡單的說,時間對于時空來說,是一個可變的參數,它可以因為因為物體所受的引力以及物體的運動速度而改變。

(關于運動速度與時間的關系,本人在其它文章中有過比較詳細的解釋,有興趣的小伙伴可以在本人以前的文章中查看,今天我們單講引力與時間的關系。)
引力使時間變慢的現象,在相對論中被稱為引力時間膨脹效應。廣義相對論指出,引力是因為有質量的物體使周圍的時空發生了所扭曲造成的,一個物體質量越大,造成的時空扭曲就越大,其引力也就越大。而時空的扭曲率決定了時間的流逝速度,其具體表現在時空的扭曲率越大,時間流逝的速度就越慢。關于這一點,可以參照下面的方程式。

在上圖中,t為被觀測者的時間,T為靜止參考系的時間,G為引力常數,M為產生引力的天體的質量,r為被觀測者離引力中心的距離,c為光速。在這個公式中,我們可以清楚的看到,當引力源的質量M增加時,被觀測者的時間t就會減少,而質量與引力是成正比關系的,這就是引力使時間變慢的理論基礎。
根據公式計算,在地球上每升高一米,由引力時間膨脹效應造成的偏差約為1.09 x 10^-16秒。也就是說在地球上不同高度的人,其感受到的時間是有差別的,例如住在12樓的你(約為44米高),你的時間就比住在一樓上的人快大約一千萬億分之四點八秒。是不是很奇妙?原來我們在上下樓的過程中,一直都在穿越,只是這個時間偏差極小而我們感受不到。

大家不要認為這只是愛因斯坦的異想天開,事實上,這個公式是經過科學界嚴謹的驗證了的,現代的高精度的原子鐘已經將時間定位的非常的精準。1969年,龐德-雷布卡實驗就首次直接證實了引力時間膨脹效應的存在。

雖然這種現象造成的時間偏差極小,但在引力差距足夠大的時候就不能忽略了。拿現在我們非常依賴的GPS定位系統來說吧,因為它的衛星離地面很遠,所受到的地心引力就比地面上要小得多,所以時間上發生的偏差就顯得比較大了,因此它的授時系統就要嚴格的依照相對論進行調整了,不然的話,GPS就會因為與地面上的時間偏差而不能進行精準的定位。

如上所述,從靜止參考系的觀測者的角度來看,當一個物體受到的引力越大,它的時間流逝速度就會越小。根據引力時間膨脹效應,當我們處于靜止參考系來觀察一個物體靠近一個引力巨大的天體時,比如說黑洞,當這個物體離黑洞越來越近,時間就會過得越來越慢,由于黑洞的引力近乎無限大,那么這個物體的時間也就無限的趨近于零。那么,從我們的角度來看,這個物體似乎就永遠進不了黑洞!
這些令我們難以想象的場景,也許會真實的發生。宇宙的神秘,并非現在的我們能真正理解的,我們人類還需要太多太多的時間!
好了,今天我們就先講到這里,歡迎小伙伴們關注我們,我們下次再見`
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