时间是虚拟的。为什么爱因斯坦说光速飞了一年,地球过了一千万年?

时间在任何情况下都是以同样的速度流逝的吗?

答案是否定的。

19年底到20世纪初,随着“以太”的破产和麦克斯韦电磁理论的大规模应用,瑞士专利局的职员爱因斯坦以“光速不变,不可超越”重新审视我们的宇宙,发现“时间”并不客观。在近光速运动和强引力状态下,它的通过速度比地球慢很多,但对于达到光速的光子来说。

宇航员问题

一名宇航员以光速或接近光速离开地球,然后返回地球一年。按照常理,航天员离开返回地球需要两年时间,在地球上应该已经过去两年了。然而,根据爱因斯坦的相对论,宇航员返回地球后,地球上实际上已经过去了几亿年。即使考虑到太阳系本身的运动,地球也早已不在原来的空间位置了。

因为在相对论中,时间是相对的而不是绝对的。一个静止质量非零的物体虽然达不到光速,但也不能真正让时间停止。但当飞船接近光速时,也会因为参照系速度的增加而使时间在参照系中流逝的速度变慢,即“速度越快,时间越慢。”

如果宇航员离开地球返回地球时的速度是0.99倍光速,那么当他返回地球时,地球上实际上已经过去了14年,如果航天器的速度是0.99996247倍光速,那么时间将扩展到“天上一天,地上一年”的程度,那么宇航员返回地球后,地球上已经过去了730年。

引力也能影响时间?

在硬科幻电影《星际穿越》中,主角一行人在黑洞旁边的星球上工作时,时间被旁边的老黑洞“卡冈图雅”严重扭曲,达到了“一小时七年”的程度,所以当男主终于再次见到女儿时,还是和出发时一样,只是女儿已经老了。

20世纪以来,人造卫星的不断发射和飞机的原子钟实验证明了“时间流逝的速度取决于一个物体的速度,运动的速度越快,时间越慢”,但在后来的广义相对论中,引力也成为影响时间流逝速度的原因之一。

引力变化的历史

牛顿是第一个总结万有引力现象的物理学家,但他不知道万有引力是如何产生的。他只知道质量越大,引力越大。直到爱因斯坦用黎曼几何“支撑”了他的广义相对论,引力是由质量对时空的扭曲导致的几何落差的解释才被科学界所接受。

然而,作为与相对论齐名的现代物理学的另一个支柱,量子力学认为引力不是由质量扭曲时空产生的,而是与其他三种基本力一样,由被称为“引力子”的基本粒子交换产生的。可惜物理学家直到今天也没有在碰撞中发现引力子,所以目前对引力的标准解释是基于广义相对论的表述。

但是量子力学和相对论在引力上的矛盾也证明了这两个理论离物理学的终极理论还很远,在它们上面一定有更完善的理论,那就是爱因斯坦晚年一直试图建构的“统一场论”或“大统一理论”。

人类真的能达到光速吗?

在《三体》中,当人们乘坐可以达到20%光速的核聚变飞船时,需要在舱内注满深海液体,以抵御加速带来的伤害。

从实用的角度来看,即使未来有一艘可以以接近光速飞行的宇宙飞船,人体的每一个轮胎都会加速,被压成纸人。所以,未来真正能让人类接近光速旅行的,绝不是飞船技术,也不是能源技术,而是太空技术。

根据广义相对论,我们所处的宇宙时空可以被质量随意扭曲。黑洞是质量将时空扭曲到极致的产物,连光都无法从它的引力深井中逃脱。现代物理学认为人类可以用“奇异物质”或“负质量”将两个相隔数千万光年的星球连接起来。

这种被称为“虫洞”的时空技术是最适合人类文明探索宇宙的技术。