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愛因斯坦說對了!時間真的可以膨脹,時間膨脹現象已得到科學家的證實
2022/03/07
2022/03/07

在過去的很長一段時間裡,人們都認為時間是非常公平的,對于任何人和事物來講,時間都在以恒定的速度流逝,但愛因斯坦卻提出了不同的觀點,他在《相對論》中指出,時間的流逝會隨著「引力」和「速度」的變化而出現改變。

根據愛因斯坦的說法,對于同一個物體而言,其速度越快,或者所處的引力場越強,其經歷的時間就越慢。這種現象被稱為時間膨脹,由于這明顯違背了人們的常識,因此在該理論提出之後,很快就遭到了大量的質疑。

然而時至今日,科學界早已接受了愛因斯坦的觀點,而《相對論》也成為了現代物理學的重要基石,為什麼會這樣呢?

這是因為愛因斯坦沒有說錯,時間真的可以膨脹,在過去的研究中,時間膨脹現象已得到科學家的證實。

μ子衰變

在粒子物理標準模型中,μ子和電子一樣都是屬于輕子,不過μ子的靜質量大約是電子的207倍,比電子要「胖」得多。μ子可以在實驗室中生成,測量資料顯示,自由μ子非常不穩定,其平均壽命只有2.197微秒(0.000002197秒)。

當宇宙射線轟擊地球的上層大氣時,也會產生一定數量的μ子,其速度通常可以達到光速的98%以上,按常理來講,就算以這樣的速度,它們也無法從上層大氣抵達地球表面,畢竟它們的「壽命」實在是太短了。

但實際情況卻是,科學家常常可以在地球表面探測到很多μ子的蹤跡,而這就是時間膨脹的一個有力的證據,因為之所以會出現這種情況,其實就是這些由宇宙射線形成的μ子速度太快,以至于產生了非常明顯的時間膨脹效應。

引力紅移

假如愛因斯坦是正確的,引力真的可以造成時間膨脹,那麼在距離一個引力源較遠的位置觀測,就會觀測到從該引力源發射出來的電磁波的頻率出現降低,具體表現為其光譜的譜線會朝紅端移動一段距離。

實際上,科學家真的觀測到了這種現象,這也被稱為引力紅移,該現象首先在對「天狼星B」的光譜觀測中發現。

(注:「天狼星B」是一顆白矮星,距離地球約8.6光年,其質量與太陽差不多,但直徑卻只相當于地球,因此這顆星球的表面引力很強)。

在1959年進行的「龐德-雷布卡實驗」中,科學家更是直接在地球表面定量地驗證了引力紅移(高度差為22.6米),其實驗結果與根據《相對論》計算出的理論值基本相符(誤差小于10%)。

高空實驗

由于距離地球表面越遠,其受到的地球引力就越小,因此如果將可以精確計時的原子鐘置于高空中一段時間,再將它的計時數值與地面上的原子鐘進行對比,就可以知道是否存在時間膨脹現象。

1971年,科學家進行了首次「原子鐘飛行實驗」,在實驗中,他們讓兩架載有銫原子鐘的飛機分別向東、西兩個方向飛行,在飛行一段時間之後,再將兩架飛機上的原子鐘的計時數值與地面上的原子鐘進行對比,實驗結果表明,實測資料與理論值基本相符(誤差約為4%,並且理論值充分考慮了飛機的速度和高度)。

為了獲得更高精度的資料,科學家在1980年的時候,將氫原子鐘發射到了1萬公里的高空,而該實驗的結果與理論值幾乎完美地符合(誤差僅為0.007%),順便講一下,這個高度上的時間,大約每73年,就比地球海平面快大約1秒。

實際上,現代的全球定位系統都必須要排除時間膨脹的干擾,否則的話,每過12個小時,其定位結果就會出現大約7米的偏差,很明顯,這當然也是時間膨脹的有力證據。

結語

總而言之,儘管愛因斯坦提出的理論令人感到匪夷所思,但眾多證據都表明,他沒有說錯,時間確實可以膨脹,而這也就意味著,在不太遙遠的未來,我們人類或許可以利用時間膨脹來大幅縮短星際航行所需的時間。

如上圖所示,假如人類未來的太空船能夠以0.8倍光速飛行,那麼只需要0.6年的時間就可以飛完1光年,而假如將速度提升到0.99999999999999倍光速,那飛完1光年就僅僅需要4.6秒,怎麼樣,是不是很期待?

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