“天上一日人间百年”和“山中一日世上千年”仅仅是神话传说吗?宇宙中会有相似的情况吗?
“天上一日人间百年”与“山中一日世上千年”确实是神话传说,因为,你在地球上任何一片天空和你所能进入的山洞都不会有这种现象发生。先别急,这不是抬杠。那么在宇宙中的某个角落会不会有相似的情况?有的。
也许你第一个想到的是与速度有关。是的,在爱因斯坦的相对论体系中,物体运动的速度越快,时间流逝的越慢,空间与时间的尺度不在是绝对的,而是会随着观察者速度的改变而改变,那个著名的思想实验——双生子佯谬也是基于这个理论来的。如果同时测量一只向着我们运动的时钟我们身旁一只静止的时钟,我们就会发现相对我们运动的时钟要比那只与我们相对静止的正常走时的时钟走得慢一点点。
但这种现象并不能十分准确的回答问题中的那个宇宙中的某个角落,毕竟是要求一直高速运动。所以,我在这里说的是另外一种“天上一日,地上千年”的情况,就是关于引力引起的时间膨胀效应。
引力时间膨胀也是相对论预言的一部分,是指在宇宙中,有不同势能的区域,这些区域的差异会导致时间以不同的速率流逝的现象。简单的说,就是引力越大,引力所导致的时空曲率就越大,时间也就流逝的越慢。而这个预言也早已在实验中被证实了。实验也很简单,就是把两个原子钟放在不同的高度,这样,这两个原子钟受到的地心引力会有所差别,经过一段时间后,我们会发现这两台原子钟走过的时间出现了一点“误差”,当然,这种差别是非常小的,基本是以纳秒(十亿分之一秒)为单位计算的。因为在地球上引力差太小,所以要用到原子钟才能测的出。
地球的引力是无法达到让时间明显变慢的,但宇宙中有一种天体有着巨大的质量与引力可以做到这点,那就是黑洞。前几年很火的一部科幻电影《星际穿越》相信不少人都看过,那部电影里对黑洞的描述以及由黑洞巨大的引力引起的时间膨胀效应还是比较准确的。
在电影《星际穿越》中,我们看到,一颗名叫米勒的行星在靠近黑洞卡冈都亚的轨道上高速运行,1.7个小时就围绕黑洞运行一周,由于米勒星球距离黑洞的视界非常近,导致时间膨胀效应在这颗星球上表现的十分明显,主人公库珀等人乘坐小飞船降落到米勒星球后,时间膨胀效应就体现在,这里的一个小时就相当于外面世界的7年。所以当他们过了几个小时回到母船永恒号的时候,发现留在永恒号上的那个船员已经苦苦等了23年!
需要说明一下的是,引力时间膨胀效应只有在靠近黑洞视界时是急剧增加的,距离黑洞视界越近,时间变得越慢,当到了视界上,时间就变得无限漫长。但只,只要稍微远离离引力场远一点黑洞视界时间膨胀效应就很不明显了。
关于速度与引力引起的时间膨胀效应,有兴趣得可以看看下面的公式,是可以算出速度多少或者引力多大才能实现“天上一日,地上千年”这个场景的!并且,理论上,如果我们紧挨着黑洞的视界,是可以一直活着看到宇宙的尽头的!