時間沒有質量,甚至於根本不是物質,為何引力還可以讓時間變慢?

天空之城 2020/10/12 檢舉 我要評論

蘋果能夠從樹上掉下來砸在牛頓的腦袋上,是因為地球具有引力;無論站在地球上的任何位置,我們的雙腳都可以踏踏實實地踩在地上而不會飄起來,也是因為地球的引力。

而我們之所以擁有四季的變化,是因為地球在保證一定傾角的情況下圍繞太陽進行公轉,而造成這一切的是月球以及太陽的引力作用。其實不僅是月球、地球和太陽這樣的宇宙天體,任何具有質量的物體之間都具有相互的引力作用。光雖然沒有靜止質量,但是它從誕生之時起就一直處於光速運動之中,而運動就會產生慣性質量,而慣性質量又等效於引力品質,所以光一樣會與其它具有質量的物體發生相互的引力作用,因此光會被黑洞強大的引力所束縛,無法逃逸而出,於是黑洞的史瓦西半徑之內就成為了完全不可見的世界,黑洞的「黑」可謂是名副其實。

光子會受到引力的作用,這是很好理解的,因為光本身也是一種物質,它除了沒有靜止質量 以外,和其它的物質並無不同,但如果說時間也會受到引力的影響,那麼恐怕很多人就難以接受了,雖然難以接受,但這卻是事實。

時間真的會受到引力的影響嗎?是的,讓我們以一個我們每個人每天都會用到的東西為例來說明這個問題,這個東西就是GPS。GPS是每個人幾乎都會用到的東西,我們靠它來為我們進行導航,然而我們並不能夠直接使用GPS衛星所傳輸的資料來進行導航,我們必須在使用之前先進行雙向的時間校準。GPS衛星軌道位於地球表面2萬公里以上,在這裡所受到的引力作用要比在地球表面小得多,而引力會使得時間流逝速度變慢,所以GPS衛星的時間流逝速度要快於地球表面的時間流逝速度。

因為GPS衛星的時間流逝速度快於地球表面,所以就必須要進行一次時間校準。

此外,由於衛星相對於地球處於運動之中,受狹義相對論效應影響,衛星的時間流逝速度變慢,所以就必須要進行二次校準,這就是上面所說的雙向時間校準了。

那麼如果我們不對GPS衛星進行時間校準又會怎樣呢?由於GPS衛星上的時間流逝速度與地表不同,所以定位位置就會出現偏差,平均每24個小時,偏差就可以達到14米。事實讓我們明白了時間的流失速度的確會發生變化,而且它不僅會受到相對運動速度的影響,而且還會受到引力的影響,那麼這到底是為什麼呢?為什麼沒有質量,也不是物質的時間會受到引力的影響呢?

首先,我們得弄懂什麼是引力。

在牛頓的時代,人們曾認為引力是一種力,但事實證明牛頓對於引力的認知只是宏觀低速環境下的一種特例,雖然萬有引力公式可以滿足日常的所有計算,其精確度甚至足以應用於航太工程,但當使用萬有引力公式計算水星進動值的時候,偏差就大得難以接受了,而廣義相對論的出現解決了這一問題,根據相對論公式計算得出的水星進動值與實際情況幾乎完全一樣。

那麼相對論是如何看待引力的呢?愛因斯坦認為引力並不是一種力,而是一種幾何效應,一種時空彎曲的幾何效應。簡單一點來講,就是任何有質量的物體都會導致周圍的時空發生彎曲,而質量越大,周圍的時空彎曲程度也就越大,而這種認知已經通過引力透鏡效應得到證實。

遙遠恒星的光芒在經過太陽的時候,由於太陽周圍的時空彎曲程度較大,所以光線會改變方向,於是我們所看到的恒星其實並不在原本的位置之上,這就是引力透鏡效應,通過引力透鏡效應我們可以切身感受到時空的彎曲。

弄清了引力的本質,時間為什麼會受引力影響的問題就比較容易解釋了,請注意,我們一直說的都是「時空」,而時空就是時間與空間,我們習慣於將二者分開來講,但實際上時間與空間是不可分割的一個整體,二者並稱時空,引力會導致周圍的空間發生彎曲,也就會導致周圍的時間發生扭曲。那麼時間與空間為什麼是一個不可分割的整體呢?因為時間的本質就是物質的變化,而空間的本質則是物質變化所呈現出來的結構屬性,二者的本質都是物質,自然不可分割。

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