一个神奇而又无法解释的现象,让爱因斯坦发现了时间被隐藏的秘密
我们每天都处在特定的时间和空间中进行生活,由于每时每刻都在这种“时空场”中,所以时间对我们来说,是既熟悉又陌生的东西,说它熟悉,因为我们无论什么情况下都会与它打交道,说它陌生,就是到现在也没有人能够完全说清楚时间到底是什么。
在我们人类还没有发表钟表和其它计时器之前,古人习惯于用太阳的东升西落移动轨迹来判断时间,用草木枯荣来判断季节的变化。在此过程中,古人得出时间是最普惠的,不论是人类还是动物,不论人类贫穷还是富贵,时间都不会青睐于任何一方,它的流逝是最公平的,不会多给你或者少给你一分一秒。同时,人们感觉时间在每个人之间的流逝速度也是一致的,你走过了一个小时的时间,别人也完全与你一样,世间没有二致。
随着人类科学技术的发展,人们对时间的认知也越来越深入。钟表以及计时器等的发明,其初衷是为了让人们掌握所存在的时间点状况,以及在不同的时间点之内时间的流逝程度。而当时间与运动联系起来之后,人们又意识到时间是衡量物质运动和变化持续性、顺序性的一个标量。长期以来,人们都把时间作为描述物质运动过程或者一个事件发生过程的参数,认为时间是不受到外界影响的客观存在。即使是伟大的物理学家牛顿,也认为时间不因物质的运动而发生任何改变。
然而,我们传统意义上对于时间的理解,终归带有片面性,远没有触及到时间的本质。
不过,另一位伟大的科学家爱因斯坦,并不认可长期以来人们对时间的理解,他在先后提出的狭义相对论和广义相对论中,都对时间的“可变性”做出了阐释。比如,在狭义相对论中提出,物体的运动速度越快,那么在物体上的时间流逝速度就越慢;在广义相对论中提出,物体受到的引力场越强,那么在物体上的时间流逝速度也越慢。
而推动爱因斯坦发现隐藏时间秘密的最根本因素,则是“光速不变原理”。在经典力学系统中,人们长期以来一直认为,光速和其它物体的运动速度一样,也会由于所在的参照系不同而发生速度的改变。
而在“光速不变原理”中,则鲜明地指出,光速并不是光本身的速度不会发生变化,而是无论在哪一个参照系中,观察光速得出来的数值,都不会发生任何改变。
举个简单的例子,假如你以50%的光速迎着一束光行进,那么在经典运动学中,得出你和光束的相对速度就是1.5倍光速,但是按照爱因斯坦的理论,此时的你,所观察到的光束运动速度,仍然是1倍光速。也就是说,不论你如何运动,光线和你的相对速度都会维持在1倍光速。虽然迄今为止,“光速不变原理”的深层次机理,还没有被科学家们破解,但是后来的诸多实验,均证实了这个原理的正确性。在此基础上,爱因斯坦正式提出了狭义相对论。
在狭义相对论中,清晰地描述了物体运动与时间的关系,物体的运动速度越快,则时间的流逝速度越快,二者相应的表达式为:T=t/√(1-v^2/c^2)。根据这个关系式,物体的最快运动速度只能达到光速,而超越不了光速,一旦到达光速,那么物体上面的时间流逝速度就会变为零。
后来,爱因斯坦又提出了广义相对论,其中包括著名的引力场方程,在更深的层次表达了时间的“不固定”现象,即引力场越强,则时间流逝速度越慢,这个结论也通过后来科学家们大量的实验加以证实。也正因为这个原因,在进行宇宙探测的时候,都需要将特定的引力场强度、探测器的运动速度和时间综合起来一起考虑,比如,现在围绕地球运行的诸多卫星系统,都需要根据广义相对论中有关引力场和时间的关系,来对系统进行调校,否则卫星系统就将失控不能运行。
时间到底是什么,到底受何因素管控,或许是宇宙最终极的谜团之一,时间远非我们表面想象的那样简单。而要达到揭开时间的奥秘,找到隐藏在时间背后的本质,也许突破口就在“光速不变原理”上,而一旦我们解开了这个谜团,那么背后势必会是一个更加精彩的宇宙世界。