
国际空间站的宇航员马克・范德・海,在太空待了355天回到地球后,科学家发现,他的时间比地球上慢了约0.01秒。那么,为什么会出现这种情况呢?
国际空间站绕地球飞行的速度,达到了28000公里/小时,差不多是民航客机速度的30倍。科学家通过原子钟测量发现,在这样的速度下,空间站上的1秒,比地球表面的1秒,要慢上1.000000001倍。
有人觉得,这小数点后9位的差异,根本不值一提。但是,宇航员每次驻留6个月,大概是182天,累计下来,时间差就达到了0.007秒。这0.007秒虽然短,却实实在在证明了“速度越快,时间越慢”不是空谈。
不过,这里有一个容易被忽略的问题,其实宇航员的时间差,会受地球引力影响。至于为什么是“多活”0.007秒?这就要说到相对论的两个“分支”了。
爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论,有一个核心观点:只要物体在运动,它的时间就会变慢。于是,在1971年,科学家做过一个“原子钟环球飞行实验”。
科学家把两个一模一样的原子钟,一个放在地面,一个装在飞机上绕地球飞。等飞机落地后,发现天上的原子钟比地面的慢了59纳秒。这个实验和空间站的情况原理一样,只不过空间站速度更快,时间差更明显。
那么,速度为什么会影响时间呢?
空间站以28000公里/小时飞行,在地球人看来,上面的时间就慢了。而如果速度再快很多,比如达到99%的光速,那时间差就会特别夸张。
科学家计算过,要是飞船以这个速度飞1年,回到地球时,地球已经过了7年。也就是说,飞船上的人,相当于“穿越”到了7年后的地球。不过,现实中人类还造不出这么快的飞船。不过,这个原理其实已经被运用在生活中了。
比如,你每天用手机导航,可能没有意识到,GPS卫星正在“偷偷修正时间”。因为,GPS卫星在2万公里高空飞行,速度约1.4万公里/小时,同时还受到地球引力影响,这样会让卫星上的时间和地球差很多。
具体来说就是,受狭义相对论影响,卫星速度快,时间每天会慢7微秒。受广义相对论影响,高空引力小,时间每天会快45微秒。这样一减一加,卫星上的时间,每天会比地球快38微秒。
那么,黑洞附近的时间流速,真的会变慢吗?
在电影《星际穿越》里,主角在黑洞“卡冈图亚”附近的行星上待了1小时,回到飞船发现已经过去了23年。注意了,这可不是电影的夸张手法,根据广义相对论来看,这是有可能的。
广义相对论说,引力越大的地方,时间流逝越慢。黑洞的引力大到连光都逃不出去,在它周围,时间会被“拉得很长”。有科学家计算过,如果有一颗行星绕着黑洞转,距离黑洞足够近,那行星上的1小时,可能相当于地球的7年,甚至更久。
在我看来,通过这些关于时间的细节,我们能更清楚的认识宇宙。同时,也明白了一个道理:时间不是一成不变的,它会跟着速度和引力“走”。