时间没有质量,甚至于根本不是物质,为何引力还可以让时间变慢?

苹果能够从树上掉下来砸在牛顿的脑袋上,是因为地球具有引力;无论站在地球上的任何位置,我们的双脚都可以踏踏实实地踩在地上而不会飘起来,也是因为地球的引力。

而我们之所以拥有四季的变化,是因为地球在保证一定倾角的情况下围绕太阳进行公转,而造成这一切的是月球以及太阳的引力作用。其实不仅是月球、地球和太阳这样的宇宙天体,任何具有质量的物体之间都具有相互的引力作用。光虽然没有静止质量,但是它从诞生之时起就一直处于光速运动之中,而运动就会产生惯性质量,而惯性质量又等效于引力质量,所以光一样会与其它具有质量的物体发生相互的引力作用,因此光会被黑洞强大的引力所束缚,无法逃逸而出,于是黑洞的史瓦西半径之内就成为了完全不可见的世界,黑洞的“黑”可谓是名副其实。

光子会受到引力的作用,这是很好理解的,因为光本身也是一种物质,它除了没有静止质量以外,和其它的物质并无不同,但如果说时间也会受到引力的影响,那么恐怕很多人就难以接受了,虽然难以接受,但这却是事实。

时间真的会受到引力的影响吗?是的,让我们以一个我们每个人每天都会用到的东西为例来说明这个问题,这个东西就是GPS。GPS是每个人几乎都会用到的东西,我们靠它来为我们进行导航,然而我们并不能够直接使用GPS卫星所传输的数据来进行导航,我们必须在使用之前先进行双向的时间校准。GPS卫星轨道位于地球表面2万公里以上,在这里所受到的引力作用要比在地球表面小得多,而引力会使得时间流逝速度变慢,所以GPS卫星的时间流逝速度要快于地球表面的时间流逝速度。

因为GPS卫星的时间流逝速度快于地球表面,所以就必须要进行一次时间校准。

此外,由于卫星相对于地球处于运动之中,受狭义相对论效应影响,卫星的时间流逝速度变慢,所以就必须要进行二次校准,这就是上面所说的双向时间校准了。

那么如果我们不对GPS卫星进行时间校准又会怎样呢?由于GPS卫星上的时间流逝速度与地表不同,所以定位位置就会出现偏差,平均每24个小时,偏差就可以达到14米。事实让我们明白了时间的流失速度的确会发生变化,而且它不仅会受到相对运动速度的影响,而且还会受到引力的影响,那么这到底是为什么呢?为什么没有质量,也不是物质的时间会受到引力的影响呢?

首先,我们得弄懂什么是引力。

在牛顿的时代,人们曾认为引力是一种力,但事实证明牛顿对于引力的认知只是宏观低速环境下的一种特例,虽然万有引力公式可以满足日常的所有计算,其精确度甚至足以应用于航天工程,但当使用万有引力公式计算水星进动值的时候,偏差就大得难以接受了,而广义相对论的出现解决了这一问题,根据相对论公式计算得出的水星进动值与实际情况几乎完全一样。

那么相对论是如何看待引力的呢?爱因斯坦认为引力并不是一种力,而是一种几何效应,一种时空弯曲的几何效应。简单一点来讲,就是任何有质量的物体都会导致周围的时空发生弯曲,而质量越大,周围的时空弯曲程度也就越大,而这种认知已经通过引力透镜效应得到证实。

遥远恒星的光芒在经过太阳的时候,由于太阳周围的时空弯曲程度较大,所以光线会改变方向,于是我们所看到的恒星其实并不在原本的位置之上,这就是引力透镜效应,通过引力透镜效应我们可以切身感受到时空的弯曲。

弄清了引力的本质,时间为什么会受引力影响的问题就比较容易解释了,请注意,我们一直说的都是“时空”,而时空就是时间与空间,我们习惯于将二者分开来讲,但实际上时间与空间是不可分割的一个整体,二者并称时空,引力会导致周围的空间发生弯曲,也就会导致周围的时间发生扭曲。那么时间与空间为什么是一个不可分割的整体呢?因为时间的本质就是物质的变化,而空间的本质则是物质变化所呈现出来的结构属性,二者的本质都是物质,自然不可分割。

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