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时间真的会膨胀吗?

2020-08-18

农村青少年科学探究 2020年5期
关键词:原子钟光速星际

1905年,爱因斯坦提出了狭义相对论。根据狭义相对论,时间会随速度的增大而减慢,这被称为“时间膨胀效应”。也就是说,我们每个人的时间其实是不同的,时间并不是绝对的固有属性。这完全是颠覆我们认知的存在,因为在我们的感知中,时间就是固有属性,我们每个人的时间流逝应该是一样的。所以这也就给时间膨胀画上了问号,时间真的会膨胀吗?

按照时间膨胀理论,如果接近极限速度的话,时间会过得很慢。打个比方,如果速度超越了光速的话,时间就会变得非常缓慢,在这种速度中运行1 秒钟,或许在现实生活中已经过了很长很长的时间。

说实话,这个的确很难验证。因为我们在平常生活中都处于低速状态,而低速表现出的时间膨胀效应非常小。随着科技的发展,直到世界第一台高精度计时器——铯原子钟的出现,时间膨胀效应才得到了实验的验证。事实证明,和静止的铯原子钟相比,移动的铯原子钟在时间运行上更加的缓慢。另一个实验就是μ 子的衰变。粒子的衰变也就是粒子的寿命。科学家经过实验发现,静止μ子的寿命大约是2.2 微秒,而当它们以0.9994 的光速运动时,寿命会延长到63.5微秒。可以看出,以接近光速的速度运动,时间膨胀效应是非常明显的,它们的寿命延长将近30倍!

所以,尽管相对论听着很不可思议,但它的确是经过科学考证的,时间也的确存在所谓的膨胀效应。对于这一效应的平常化说明就是:如果一个人坐在高速火箭上旅行,速度达到前所未有的极限,就会出现火箭上的人比地球上的人衰老得更加缓慢的现象。

美国的科幻大片《星际穿越》中,经常会出现这样的镜头:宇航员从一个休眠舱中出来,一般是经过长达几个月甚至几年的休眠时间后苏醒。其实在当今的科技研究上,人体休眠确实是可以实现的,之所以还没有得到实践的证明,主要是因为人体细胞在经过冷冻之后组织会遭到严重损伤。但是如果时间膨胀效应得到应用的话,那么当飞船在以光速行进时,就可以使时间过得更加缓慢。比如在《星际穿越》中,女科学家布兰德降落在米勒的星球上,星球上的1 个小时就相当于地球上的7 年。虽然这看起来非常夸张且相当不靠谱,目前还只是人类在时间探索上的幻想,但是随着时间的推进,这一技术说不定能够实现。

对于时间膨胀或许很多人目前还比较难以接受,但它确实客观存在,对其的研究也变得日益重要。尤其是很多人认为,如果能够对其加以应用,就可以解决人类在探索宇宙上的时间及空间问题,这对于我们来说有着非同寻常的意义。除此之外,时间膨胀还可以应用在时空穿越上,这一概念比星际旅行更加难以理解,但这也是人类对宇宙探索的一种期望。

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