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简而言之,如果我们认定光速不变,那么时间和空间坐标就会互相影响,并随之变化,只有这样才符合物理定律。
那么,我们怎样才能确定这些都是真的呢?虽然目前以光速实现星际旅行的可能性不太大,但在1971年,物理学家乔·哈菲尔与理查德·基廷已经用实验证明了相对论。
他们将一个高度精确的铯原子钟(铯是非常珍贵的稀有元素)放在飞机上,让飞机沿直线先向东、后向西飞行,同时把另外一个一模一样的钟留在美国华盛顿的海军气象天文台做对照。
经过实验,他们发现同狭义相对论中的预测一致,两个时钟确实走得不一样。
尽管差距极小,但高度精确的铯原子钟能够显示出这种差距。
科学逸事:证明相对论的另一种方法—通过检测μ子(渺子)数目来观察。
这是弗里希和史密斯两人在1963年进行的实验。
渺子是一种带负电微粒,质量为电子的207倍,能够在大气中通过宇宙射线的作用被检测出来。
一个渺子的平均生成时间大约是22微秒,之后会自然衰变成其他粒子。
弗里希和史密斯两人发现,靠近地面实际检测出的渺子数目远远大于理论数目—通过理论计算得出,地面处应该仅仅只有27个渺子存在(渺子在飞行过程中理应进入衰变期),然而实际检测到412个渺子。
我们大概可以这么解释这种神秘的现象:当渺子以趋近光速的速度飞行时,这些微粒的时间走得比静止在地面上渺子的时间要慢得多。
同上一个例子中的宇航员一样,这些渺子衰老得更慢,进入衰变期的时间也比地面上计算出的时间更长。
因此,在地面附近检测到的渺子数目比预想的多。
但这还不是全部。
爱因斯坦在发布狭义相对论后继续进行研究,直到发布了一个更加先进的理论—1915年公布于世的“广义相对论”
。
“广义相对论”
把宇宙中的引力场解释为时空局域的几何性质表现。
这个理论涉及宇宙大爆炸理论、宇宙的未来以及黑洞。
这个理论表明:除了一个处于高速运动状态的时钟会走得更慢,一个更强的引力场也会让时间变得更慢。
举个例子,地下室中的时钟会比在顶楼的时钟走得慢,因为引力场的强度会随着到地心距离的增加而减弱。
所以说,如果你住在低楼层,那你就是个幸运儿……同理,在日常生活中,我们之所以无法感受到这种变化是因为引力场的差异微乎其微,但是如果你能处于电影《星际穿越》的场景,那你就会明显感受到这种现象。
在电影的一个情节里,有一队的宇航员需要离开飞船,降落在“米勒”
星球。
这个星球位于一个叫“卡冈图雅”
的超大质量黑洞中,这里的引力场极强。
同时,有一个宇航员留在了飞船上站岗。
对于离开飞船的那些宇航员来说,只过了一小会儿(我无意剧透,但在电影中确实如此,他们只是去经历了几个冒险罢了),但是当他们回到飞船上时,他们发现站岗的伙伴已经变成一位老人了。
因为在米勒星球的1小时等于在飞船上的7年。
在地球上,人们也通过高度精确的铯原子钟证实了这个效应。
实验者把铯原子钟放在不同的高度上,果然探测到这些相同的时钟之间产生了几纳秒的差异,正如广义相对论中所预测的一样(由此可见,为了确保GPS定位卫星系统的有效性和准确性,我们必须把这个效应考虑在内)。
下一次,当你去实地考察你将要居住的房子时,请你记住爱因斯坦的理论,以及这个效应。
毕竟,时间就是金钱,而且是一直在流动的金钱—嘀嗒、嘀嗒……
[2]红巨星:一种演化晚期的恒星,是恒星燃烧到后期所经历的一个较短的不稳定阶段。
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