時間的奧妙 會變魔術的時間(圖)

（示意圖/圖片來源：Adobe Stock）

會變魔術的時間

愛因斯坦認為，不存在絕對的時間，也不存在絕對的空間。他提出了一個「時空統一」理論，也就是時間與空間是一體的，叫時空。不能光說時間如何如何，或者空間如何如何，而應該說時空如何如何。物理學家把構成世界物質實在的物質叫做「場」，比如什麼溫度場、電磁場，而時空就是引力場。

引力場與世界上的其它物質並沒有什麼區別，它們都是場。世界是多個場的疊加，引力場只是其中一層。和其它場一樣，它既不是絕對的，也不是均勻的、固定的，它會彎曲、伸展，還會和其它場相互作用。

引力場，也就是時空，可以像平面一樣平滑，這就是牛頓描述的版本。但也可以波動起伏，我們所說的引力波就是如此，它會收縮與膨脹。

這樣「光速不變」的迷思就解決了，光速不變，是因為時間在變。那麼時間的變化，有沒有什麼規律呢？

這就不得不提到愛因斯坦的相對論了，愛因斯坦的相對論包括「狹義相對論」和「廣義相對論」兩個理論。根據狹義相對論，高速移動物體的時間流逝得比靜止的要慢。而廣義相對論則說，處於強引力場的物體時間流逝得比弱引力場的要慢，也就是說站在地上的人，頭部時間的流逝要比腳的時間流逝的要快，因為頭離地遠，比起腳，引力場要弱一些。這樣看來，說時常倒立可以美容美顏，還是有科學依據的。

原子鐘實驗

1971年，兩位較真的科學家約瑟夫‧哈菲爾（Joseph Hafele）和理查德‧基廷（Richard Keating）用數臺銫原子鐘做了一個實驗。

大家知道，這個原子鐘相當相當準確的，德國的某種原子鐘，1億8千7百萬年內的時間誤差為1.7乘以10的負16次方，連一秒都不到。所以，用它來做實驗，衡量時間是否變化也就非常可靠了。

哈菲爾和基廷把兩個原子鐘分別放在兩架分別向東和西飛的商務客機上，並對比放在美國海軍天文臺的原子鐘。

之所以一個飛機向東，一個飛機向西，是讓順著地球自轉方向的飛機獲得更快的相對速度，而逆著地球自轉的飛機，自然相對速度就慢了，這樣兩個飛機之間的速度差距就會變大，實驗結果的差別也就更明顯。

按照廣義相對論，引力場弱的地方時間會變快，按照狹義相對論，速度快的物體時間會變慢。飛機上的原子鐘處於「高空高速」，而天文臺的原子鐘是在「地面靜止」，所以愛因斯坦兩個相對論的因素都需要考慮進去。

實驗結果怎麼樣呢？往東飛行的飛機上的原子鐘比地面上的慢了59納秒，而往西飛行的飛機上的原子鐘比地面上的快了273納秒。愛因斯坦的廣義相對論和狹義相對論同時得到了驗證。

其實，我們現在使用的GPS定位系統也是每天都需要根據相對論進行時鐘校對。否則，衛星上的原子鐘每天會比地面快38微秒。大家別覺得好像不多嘛，如果我們考慮到GPS系統要求納秒級的時間精度，這個誤差就非常可觀了。38微秒等於38,000納秒，如果不加以校正的話，GPS系統每天將累積大約10公里的定位誤差。