昨天，我發(fā)了一篇介紹引力透鏡效應(yīng)的文章，其核心內(nèi)容是通過(guò)引力透鏡效應(yīng)，人們可以直觀地看到質(zhì)量對(duì)時(shí)空的扭曲，證明愛(ài)因斯坦的時(shí)空扭曲理論是真實(shí)存在的，是正確的。

有些朋友看了文章后，似乎終于同意了空間是可以彎曲的，但又提出了疑問(wèn)：空間彎曲了，為啥就一定要帶上“時(shí)空”二字呢？這與時(shí)間有毛線關(guān)系啊？其實(shí)，在我過(guò)去的許多文章，對(duì)于時(shí)間膨脹的效應(yīng)已多有闡述，如果看過(guò)這些文章的，就不會(huì)這么問(wèn)了。

何謂時(shí)間膨脹

時(shí)空彎曲理論和時(shí)間膨脹理論都是愛(ài)因斯坦相對(duì)論的內(nèi)容。在狹義相對(duì)論中，愛(ài)因斯坦主要闡明了速度和時(shí)間的關(guān)系，一般叫做速度時(shí)間膨脹問(wèn)題；而在廣義相對(duì)論中，著重說(shuō)明時(shí)間與空間彎曲的關(guān)系，也就是引力時(shí)間膨脹的問(wèn)題。

愛(ài)因斯坦相對(duì)論的核心內(nèi)容就是闡述時(shí)間、空間和物質(zhì)三者關(guān)系的，通過(guò)一系列詳實(shí)的數(shù)理邏輯論證，認(rèn)為時(shí)間、空間、物質(zhì)是三位一體的，論證了在不同坐標(biāo)系中，時(shí)空具有相對(duì)性，這從根本上顛覆了經(jīng)典物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀。

論證過(guò)程很復(fù)雜，這里就不說(shuō)了。結(jié)論很簡(jiǎn)單，就是在不同速度和不同引力場(chǎng)中，時(shí)間會(huì)膨脹，通俗明白點(diǎn)說(shuō)，就是速度越快的坐標(biāo)系中，會(huì)有尺縮鐘慢效應(yīng)，距離會(huì)縮得越縮短，時(shí)間流逝會(huì)越慢；而在引力越大的坐標(biāo)系里，時(shí)間就會(huì)流逝得越慢。

但有兩個(gè)天花板：光速和黑洞史瓦西半徑里面，是時(shí)間和空間的終點(diǎn)。當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)達(dá)到光速時(shí)，或者進(jìn)入時(shí)空曲率無(wú)限大（引力無(wú)限大）的黑洞視界以內(nèi)時(shí)，空間為零，時(shí)間將停止。

但光速使我們世界的天花板，凡有靜止質(zhì)量的物體都無(wú)法達(dá)到，更無(wú)法突破，這是因?yàn)橘|(zhì)增效應(yīng)。當(dāng)物體趨于接近光速時(shí)，其動(dòng)能和質(zhì)量將會(huì)變得無(wú)限大。這就是說(shuō)，即便是1個(gè)基本粒子，如果要達(dá)到光速，其所需能量和達(dá)到的動(dòng)量也將無(wú)限大。

而我們宇宙也是有限的，也就是說(shuō)，不可能有無(wú)限的能量來(lái)推動(dòng)一個(gè)有靜止質(zhì)量的物體達(dá)到光速，而達(dá)到光速這個(gè)粒子的動(dòng)量將超過(guò)宇宙質(zhì)量，這本來(lái)就是個(gè)悖論。這個(gè)問(wèn)題我過(guò)去已經(jīng)解釋過(guò)多次，今天就不展開(kāi)說(shuō)了。

現(xiàn)在我們只通過(guò)兩個(gè)時(shí)間膨脹公式，來(lái)說(shuō)說(shuō)時(shí)間與速度和空間的關(guān)系。

兩個(gè)時(shí)間膨脹公式的意義

狹義相對(duì)論給出的速度時(shí)間膨脹公式為：t'=t/√[1-(v/c)2]

式中，t'是速度時(shí)間膨脹效應(yīng)值；t是低速系觀測(cè)者第一個(gè)時(shí)鐘時(shí)間記錄；v是第二個(gè)時(shí)鐘相對(duì)第一個(gè)時(shí)鐘的移動(dòng)速度；c為光速。

廣義相對(duì)論給出的引力時(shí)間膨脹計(jì)算公式為：t'=tx√(1-2GM/rc2)

式中，t'為引力時(shí)間膨脹效應(yīng)值；t為低引力慣性系觀測(cè)者時(shí)間流逝值；G為引力常數(shù)，取值6.67x10^-11N·m2/kg2；M為天體質(zhì)量；r為天體半徑；c為光速。

期間的推導(dǎo)過(guò)程很復(fù)雜，就留給那些質(zhì)疑相對(duì)論的“高手”們?nèi)ヌ舸逃冒?，我們科普就沒(méi)必要了解那么高深了。

根據(jù)速度時(shí)間膨脹效應(yīng)公式計(jì)算，當(dāng)一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速的一半，也就是每秒約15萬(wàn)千米時(shí)，時(shí)間膨脹會(huì)達(dá)到1.15倍，也就是會(huì)慢15%，這樣飛船里的人過(guò)了1年，地球人就過(guò)了1.15年。

而達(dá)到光速的99%時(shí)，時(shí)間膨脹效應(yīng)會(huì)達(dá)到7倍，也就是飛船里的人過(guò)了1年，地球上的人過(guò)去了7年；而光速達(dá)到99.999999999999%時(shí)，時(shí)間會(huì)膨脹707萬(wàn)倍，飛船的人過(guò)了1年，地球人就過(guò)了707萬(wàn)年。

同樣，在引力越大的坐標(biāo)系，時(shí)間膨脹得越厲害，也就是時(shí)間流逝越慢。在《星際穿越》這部科幻影片中，飛船到達(dá)一個(gè)在黑洞附近的米勒星球，這顆黑洞是太陽(yáng)質(zhì)量的1億倍，電影沒(méi)有給出距離黑洞視界多遠(yuǎn)的距離，但給出宇航員們?cè)谀抢锎?小時(shí)，地球就過(guò)去了7年，也就是時(shí)間膨脹了6萬(wàn)多倍。

因此當(dāng)宇航員庫(kù)珀回到地球時(shí)，他還是老樣子，而其女兒已經(jīng)90多歲了。

宇宙中已知最大黑洞SDSS J073739.96+384413.2的質(zhì)量是太陽(yáng)的1040億倍，在其附近時(shí)間膨脹會(huì)有多少呢？給出距離黑洞視界的距離，我們就可以根據(jù)公式計(jì)算出來(lái)。

許多人根本不屑于學(xué)習(xí)相對(duì)論的相關(guān)知識(shí)，憑著吃喝拉撒的邏輯就否定時(shí)間膨脹理論，但不管這些人相信不相信，時(shí)間膨脹理論早就應(yīng)用在科學(xué)研究和各種技術(shù)應(yīng)用中。最典型和常用的例子就是導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如果沒(méi)有對(duì)衛(wèi)星和地面時(shí)間做出相對(duì)論調(diào)校，導(dǎo)航就會(huì)把你導(dǎo)到爪哇國(guó)去了。

那么時(shí)間膨脹效應(yīng)能讓人長(zhǎng)壽嗎？

我的回答是NO。

許多網(wǎng)友都有一個(gè)誤區(qū)：既然在高速飛船或者大引力場(chǎng)附近，時(shí)間流逝變慢，那么在這種坐標(biāo)系里面生活的人不就長(zhǎng)壽了？

其實(shí)完全不是這回事。因?yàn)樵谶@種坐標(biāo)系里的人們，感受到的時(shí)間還是正常流逝的，一點(diǎn)也沒(méi)有變慢。時(shí)間1分1秒，1小時(shí)1天的感覺(jué)與地球上是一樣的。如果我們忽略太空旅行的各種影響因素，比如輻射、失重等等，他們的壽命是沒(méi)有任何變化的。

也就是說(shuō)他們?cè)诘厍蛏夏芑?00歲，在飛船里還是只能活100歲。

而實(shí)際上，太空旅行的條件遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如地球這么安全，因此在同等醫(yī)療保障條件下，還會(huì)大大影響壽命呢。但他們?nèi)绻氐降厍?，與地球人的時(shí)間流逝來(lái)比，則會(huì)發(fā)現(xiàn)地球人流逝的時(shí)間比他們快?？於嗌伲鸵此麄冿w船的速度有多快，或他們呆的引力場(chǎng)有多大，時(shí)間有多長(zhǎng)了。

根據(jù)速度時(shí)間膨脹公式計(jì)算，如果乘坐99.99%光速的飛船，飛了1年回來(lái)，地球人就過(guò)去了70年；如果乘坐99.999999999999%光速的飛船，到254萬(wàn)光年的仙女座星系回來(lái)，旅行者們只用了0.7年，也就是8個(gè)多月時(shí)間，而地球已經(jīng)過(guò)去了508萬(wàn)年。

如果乘坐的飛船很慢，在光速的50%以下，甚至更慢，時(shí)間膨脹效應(yīng)就很小了，影響也就不大了。而現(xiàn)在的飛船速度還只有每秒十幾千米，旅行者時(shí)間膨脹效應(yīng)相對(duì)地球生活的人來(lái)說(shuō)，就完全可以忽略不計(jì)了。

時(shí)間流逝變慢，是全方位的變慢

時(shí)間膨脹效應(yīng)并不是感覺(jué)時(shí)間變慢了，而是根本沒(méi)感覺(jué)。所謂尺縮鐘慢效應(yīng)，可以理解為速度越快，距離就越縮短了，時(shí)間就不需要那么多了?？s短了多少呢？這與時(shí)間膨脹的倍數(shù)是對(duì)應(yīng)的。

比如乘坐99.999999999999%光速的飛船前往254萬(wàn)光年距離的仙女座星系，時(shí)間膨脹了707萬(wàn)倍，這樣就等于距離縮短了707萬(wàn)倍，因此254萬(wàn)光年的路程就只有約0.35光年，來(lái)回路程就只有0.7光年了，飛船的速度接近光速，時(shí)間當(dāng)然就只要約0.7年了。

這個(gè)計(jì)算只是為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題的理論值，忽略了加速減速和停留的時(shí)間，請(qǐng)勿在此鉆牛角尖。

因此，飛船上的人們不是感覺(jué)只過(guò)了這么久，而是實(shí)實(shí)在在只過(guò)了這么久。這種時(shí)間流逝速度不是表面的，而是骨子里的。從他們的意識(shí)感覺(jué)和身上每一個(gè)細(xì)胞，乃至組成細(xì)胞的各種原子元素，新陳代謝周期都只是經(jīng)歷了這個(gè)時(shí)間的變化。

在重力系統(tǒng)中的時(shí)間膨脹效應(yīng)也是一樣的。

因此，高速旅行者們只是相比在地球相對(duì)靜止的人們，只是時(shí)間本身“流逝”得更慢而已，而對(duì)于他們自己來(lái)說(shuō)，真正的感覺(jué)還是過(guò)了1天就是1天，沒(méi)有感覺(jué)到多得到到1點(diǎn)時(shí)間。

這有點(diǎn)像我們常說(shuō)的凍齡，也就是年齡凍住了，或者說(shuō)把人們雪藏冰凍起來(lái)，過(guò)了許多年再讓其蘇醒過(guò)來(lái)，在蘇醒的人們看來(lái)，世上已經(jīng)過(guò)去很多年，但這能夠說(shuō)是冰凍的人長(zhǎng)壽了嗎？

未來(lái)深空遠(yuǎn)航會(huì)盡量減少時(shí)間膨脹效應(yīng)

時(shí)間膨脹效應(yīng)是一種客觀存在，是宇宙規(guī)律，帶給宇宙航行的人們并沒(méi)有什么好處，反而會(huì)增添許多困擾。比如真的有接近光速的飛船，離開(kāi)地球前往某個(gè)星球的人們回來(lái)后，親人們都離去了，地球已經(jīng)是滄海桑田了，這種探索或者旅行有什么意義呢？

因此，未來(lái)的深空旅行，提升速度只是一個(gè)方面。當(dāng)速度在光速的50%以下時(shí)，時(shí)間膨脹效應(yīng)困擾還不算太大，人們還是可以接受的。但更快的旅程，很可能就不是依靠速度提升了，而是另辟蹊徑。

目前科學(xué)界認(rèn)為有可能突破深空航行速度瓶頸的方法有兩種，即蟲(chóng)洞穿越和曲速引擎。通俗地說(shuō)，這兩種方式就是采取鉆隧道、抄近道的跨越方式到達(dá)目的地，從總體旅行的距離和時(shí)間來(lái)看，似乎超越光速多少倍，但實(shí)際上并沒(méi)有提升速度，因此不受光速藩籬限制，也不會(huì)出現(xiàn)什么速度膨脹效應(yīng)。

現(xiàn)在這些方式還處于科幻階段，未來(lái)是否真的能夠?qū)崿F(xiàn)很難說(shuō)。這些我以往也多有介紹，有興趣的朋友可以查閱我過(guò)去發(fā)表過(guò)的相關(guān)文章，希望對(duì)大家有所幫助。謝謝閱讀，歡迎討論。

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