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廣義相對論的時空彎曲效應

(續)愛因斯坦低著頭在沉思,突然他抬起頭,臉上閃過一絲喜色,站起來,大聲說:「大家安靜,請聽我說,我想到一個辦法。」


會場上突然安靜下來。

廣義相對論的時空彎曲效應


愛因斯坦說:「剛才普朗克先生啟發了我,電梯的加速度會產生如同重力的效應,而電梯升得越高,則重力越小。請大家想一想,如果我們能精確地控制電梯的加速度,則剛好可以把重力降低的效應完全抵消,這樣我們就能把電梯安全的升到頂,然後引爆炸彈,這樣我們就可以保住整座雲霄電梯塔了。」


開爾文說:「愛因斯坦警長的這個方案從理論上來說可行,不過,請雲霄電梯的製造商方面出來回答下是否有可能精確控制電梯的加速度。」


一個謝頂的中年人站起來說:「我是雲頂電梯公司的總工程師愛丁頓,從理論上來說,雲霄電梯具備任意加速度的能力,但控制系統需要加一個控制模塊,當初設計的時候沒有考慮到需要如此精細的控制。」

開爾文說:「製造這個控制模塊需要多久?」


愛丁頓看了看手錶,想了一下說:「如果現在馬上動手的話,應該能趕在爆炸前半小時左右完成,時間還來得及,不過……」


愛丁頓遲疑了一下。


開爾文說:「有話就直說,愛丁頓先生。」


愛丁頓說:「因為考慮到摩擦力和空氣阻力的變化,電機必須要不停地調節輸出功率。但在這麼短的時間內,恐怕無法做出自動控制模塊,必須,必須手動控制。也就是說,必須要有一個人在電梯內手動微調參數,直到電梯升頂。不知道我是否說明白了,開爾文先生。」

開爾文瞬間就明白了愛丁頓的意思,不愧是久經沙場的老將,開爾文冷靜地說:「請你立即動手去製作控制模塊,剩下的事情交給我們,謝謝你,愛丁頓先生。」


愛丁頓說了聲是,立即三步並作兩步離開了會場。


此時,整個會場鴉雀無聲,所有人其實都明白了愛丁頓的意思。


開爾文環視了一周,鎮定地說:「我想大家應該已經明白了,電梯只能在加速狀態下才能維持重力不變,一旦升頂後開始減速,就會立即引爆炸彈。」


會場安靜得可以聽見一根針落地的聲音。

開爾文說:「我已經一把老骨頭了,對這個世界也沒有什麼留戀了,讓我對這個國家的國土安全再盡最後一次責任吧。」


安靜,死一般的安靜。


開爾文緩緩的站起來,穩穩地一步一步走出門外。


雲霄電梯檢修通道。

倒計時血紅的數字:00:26:23


每跳動一下彷彿都是死神的敲門聲。


雲霄電梯中,愛丁頓在對電梯控制面板上忙碌著,小心地合上面板,旋緊螺絲,面板上露出一個圓形的旋鈕。愛丁頓抬起頭來,臉色凝重的看著開爾文,鄭重地把一個手掌大小的儀錶交給開爾文。


儀錶上面什麼按鍵都沒有,只顯示了一行醒目的數字:9.80665


愛丁頓說:「尊敬的開爾文先生,再多的語言無法表達我此刻對您的感激,這是重力常數測定儀,請您注意看儀錶上的數字,如果數字增大,說明電梯加速度過大,請把旋鈕逆時針轉動減小輸出功率。反之請順時針旋轉增大輸出功率。請注意,數字必須維持在9.81和9.79之間。」


開爾文說:「相當明白了。啟動電梯吧,時間不多了。」


愛丁頓莊重地朝開爾文鞠了一躬,緩緩地退出電梯,此時,電梯外所有人都注視著開爾文,就像看著一個英雄。開爾文回敬了一個注目禮,沉著地說:「啟動電梯。」


突然,一個人影衝進了電梯,迅速地搶過了開爾文手裡的儀錶,並把開爾文往外一推,拉下扳手,開爾文一個踉蹌的同時,電梯門緩緩地合上了。


在電梯門合上的那個瞬間,人人都認出來了,那個人正是愛因斯坦警長。


開爾文大怒,沖著電梯喊:「豈有此理,你怎敢這麼**因斯坦在電梯中說:「請立即啟動電梯,時間已經來不及了。我已經下定決心了,電梯門我已經反鎖,我再重複一遍,請啟動電梯,時間來不及了。」


僵持了一段時間,儘管開爾文暴跳如雷,但也無計可施,大家心裡都明白,時間一分一秒過去,必須啟動電梯了。


開爾文痛苦的對著電梯裡面的愛因斯坦咆哮了兩聲,知道已經不可能改變了,紅著眼睛對愛丁頓叫到:「啟動!」


電梯頂上一盞紅燈變成了綠燈。


電梯無聲無息的啟動了,剛開始幾乎看不出來有任何移動,慢慢地,看出了一點點的抬升,隨著時間推移,移動越來越明顯。


愛因斯坦一隻手按著控制旋鈕,一隻手拿著重力測定儀,眼睛盯著讀數,不時地調節旋鈕,以維持讀數的穩定。


20分鐘後,電梯終於要接近頂端了,愛因斯坦明白,電梯升頂前的減速會立即破壞炸彈上重力感應器的平衡,炸彈就會爆炸。


最後的時刻到了,愛因斯坦聽到哐當一聲,猛然感到自己身體一下子輕了起來,手中的儀錶上的數字急劇地減少。


「啊——」愛因斯坦一聲驚叫,從椅子上跳起來,他驚醒了,一身的汗。


剛才的夢實在印象太深刻了,幾乎歷歷在目。「加速度和重力等效,加速度和重力等效,加速度和重力等效」愛因斯坦一聲比一聲大地念了三遍,愛因斯坦得到了他一生中最快樂的想法。此時,哈勒也走進了愛因斯坦的辦公室,顯然他聽到了愛因斯坦的叫聲。


哈勒問:「小愛,發生什麼事了?」


愛因斯坦衝過去一把抱住哈勒,說:「那個問題我想明白了,哈哈,哈哈哈。」


哈勒推開愛因斯坦,問:「你說的是哪個問題?」


愛因斯坦說:「慣性系,明白了嗎,慣性系。上帝這個老頭子不偏心,這個世界又回到了民主的世界,所有的參考系都是平等的。現在我們可以大聲的宣布:在任何參考系中,所有物理規律都不變。只要在這個前面加上一個等效原理的前提即可。」


哈勒說:「我不明白。」


愛因斯坦說:「加速度和重力,也就是加速度和萬有引力是完全等效的。請想一下,局長,如果你被關在一個密閉的電梯中睡著了,當你醒過來的時候,你如何區分自己是在太空中做著加速運動還是在靜止在地面上呢?你能不能用做任何物理實驗的方法判斷自己是靜止在地面上還是在太空中加速上升?」


哈勒仔細想了一下,說:「好像是不能。」


愛因斯坦說:「反過來,如果你醒來的時候,發現自己漂浮在電梯中,請問,你能區分自己是在太空中失重了呢還是電梯在地球引力場中做著自由落體運動嗎?你能用做任何物理實驗的方法區分這兩種狀態嗎?」


哈勒又仔細想了想,說:「很對,確實完全無法區分,不可能用實驗的方法來知道自己的確切狀態。」


愛因斯坦說:「因此說,加速度就是引力,引力就是加速度,他們在物理性質上是完全等價的,這個我把它叫做等效原理。對於任何參考系來說,我們都可以把它分解為一個在引力場中的慣性系來考慮,這樣一來,所有的參考系就平等了,參考系與參考系之間就沒有任何區別了。比方說,你在地球上一列勻速直線運動的火車中做物理實驗,我可以理解為是在一個施加了地球引力的慣性系中做實驗;同樣,如果我在太空中一部加速上升的電梯中做實驗,假設上升的加速度剛好等於地球的重力加速度的話,那麼在沒有等效原理之前,我們只能認為這部電梯不是一個慣性系,但是現在,我們可以看成是在一部地球上的、靜止的電梯中做實驗。再比方,我們如果在地球上一部加速上升的電梯中做實驗,我們也可以等效地認為是在太陽上一部勻速上升的電梯中做實驗,假設電梯的加速度與地球引力之和剛好與太陽的引力相同的話。你看,有了這個等效原理後,我們可以把任何非慣性系都轉換為慣性系,只要額外處理一個引力場的影響即可。」


哈勒說:「那做勻速圓周運動的參考系也能做同樣的轉換嗎?」


愛因斯坦說:「當然可以,你想像一下現在你處在一個密閉的鏈子球裡面,我把你甩起來,你會感到一股無形的力把你貼在外壁上,這個力就是離心力(科學地說是向心力),但是對於在密閉的球中的你來說,是無法區分這是離心力還是引力的,如果我在太空中甩這個鏈子球,那麼你就會跟感覺在地球上靜止一樣,受到同樣的重力。因此,只要考慮了引力場以後,任何參考系,不論是加速還是減速直線運動,還是非直線運動,都可以分解為慣性系不變,引力在發生變化。因此,最重要的是我們要找出一個引力場方程來,在狹義相對論中,我們只研究了時間、空間、運動這三者的關係,現在我們必須再加入一個重要的對象,那就是——引力。」


哈勒若有所思地點點頭,說:「我開始明白了。」

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愛因斯坦為了這個快樂的想法高興了很多天,每天都覺得思路比上一天更加清晰,在引力這條路上開始往前探索,一下子無數的風景涌過來,很多過去想也沒想過的問題都接踵而至,讓愛因斯坦都有一點應接不暇。


愛因斯坦首先通過一個思維實驗很容易就得出了引力會使得光線彎曲的結論。你可能覺得非常難以理解,光線怎麼可能彎曲呢,我們從來也沒有見過手電筒打出去的光會有任何一絲一毫的彎曲,其實那一切不過是光的速度太快,彎曲的程度太低,我們的眼睛無法察覺。我可以用一個思維實驗很容易就向你證明——光,是不可能對任何人來說都走直線的。


請閉上你的眼睛,跟我一起來想:現在假設你是在一部做著自由落體運動的電梯中,你會感覺到失重,所有的東西在你身邊都漂浮起來了,你隨手從口袋裡面拿出一個玻璃球,在眼前鬆手,你會看到玻璃球在眼前漂浮起來了,你輕輕地一彈,玻璃球在你眼皮底下以勻速直線運動朝前飛去。這一切都如此的正常,天經地義。


現在我是站在地面上的一個觀察者,我看到的情況就完全不同了,假設電梯是從外面可以看到裡面的,我會看到什麼呢?我會看到那個在你面前做勻速直線運動的玻璃球以一個拋物線的軌跡下落

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這個情景就跟你在運動的火車上從窗口扔出一個物體,你自己看到這個物體直線下落到地上,可是站台上的人來看,物體是一個拋物線運動。這一切都是如此的正常,天經地義。


那麼,再次閉上你的眼睛,還是回到那部失重的電梯中,你打開手電筒,一束光從你的手裡打出去,請把這束光想像成是一個小球。請問,這束光對你而言是不是做著勻速直線運動呢?如果是,那麼對於地面上的觀察者我而言,這束光就必定也是個拋物線。如果你覺得這想不通,你一定要認為地面上的我看到的光是直線,而不是拋物線。那麼,如果我看到的是直線,你看到的就一定是向上彎曲的拋物線了,別忘了,你正在不停地下落呢。換句話說,我們倆不可能同時看到光走的是一條直線,要麼你看到的是拋物線,要麼我看到的是拋物線,只能二選一。


稍稍經過思考後,所有人都會選擇後者,也就是從地面上的觀察者來看,光走的路線跟小球一樣也是拋物線,只是光的速度太快了,這根拋物線拉的很長很長,因此彎曲度很低很低,我們的肉眼根本察覺不出來。但是我們都應該能達成共識,那就是地球的引力確實會彎曲光線。

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圖5-3地球的引力會彎曲經過地球附近的光線


那麼顯然,既然地球的引力可以彎曲光線,那麼所有的引力場應當會使得光線彎曲,我們這個地球不應當有什麼特權。引力越大,也就彎曲得越厲害。再根據等效原理,加速度就是引力,引力就是加速度,因此,加速度同樣會造成光線的彎曲。


這個世界已經變得越來越神奇了,連光都成了彎曲的了,但又不由得我們不信。還有更神奇的,愛因斯坦用一個非凡的思維實驗論證了這樣一個事實:引力其實造成的是時空彎曲,也就是時間和空間同時被彎曲了。這下你的腦袋徹底暈了,你完全無法想像出時間和空間彎曲是什麼概念,如果我說時間變慢,甚至說時間膨脹,空間收縮什麼的,你大概都覺得還馬馬虎虎能想像得出來,但是這個時空彎曲實在太令人費解了。別慌,愛因斯坦這個非凡的思維實驗叫愛因斯坦圓盤實驗」。有趣啊,你心裡想,前有牛頓水桶實驗,後有愛因斯坦圓盤實驗。還真是那麼有趣,乾脆我們把有趣進行到底,把Tom和Jerry再次請出來吧,這次讓他們擔任愛因斯坦的學生,跟我們的愛因斯坦先生一起來做這個思維實驗,好了,可以鼓掌了。


這個世界已經變得越來越神奇了,連光都成了彎曲的了,但又不由得我們不信。還有更神奇的,愛因斯坦用一個非凡的思維實驗論證了這樣一個事實:引力其實造成的是時空彎曲,也就是時間和空間同時被彎曲了。這下你的腦袋徹底暈了,你完全無法想像出時間和空間彎曲是什麼概念,如果我說時間變慢,甚至說時間膨脹,空間收縮什麼的,你大概都覺得還馬馬虎虎能想像得出來,但是這個時空彎曲實在太令人費解了。別慌,愛因斯坦這個非凡的思維實驗叫**因斯坦圓盤實驗」。有趣啊,你心裡想,前有牛頓水桶實驗,後有愛因斯坦圓盤實驗。還真是那麼有趣,乾脆我們把有趣進行到底,把Tom和Jerry再次請出來吧,這次讓他們擔任愛因斯坦的學生,跟我們的愛因斯坦先生一起來做這個思維實驗,好了,可以鼓掌了。


愛因斯坦說:「歡迎Tom and Jerry來到我的廣義相對論大講堂,本次講課包你們滿意。」


Tom托著腮幫子說:「我討厭上課。」


Jerry眯著眼睛說:「能再睡會兒嗎?」


愛因斯坦說:「你們聽我說,這堂課我們不在教室裡面上,我們去太空中上課,怎麼樣?」


Tom and Jerry說:「太空,哇塞,太好了,怎麼去?快走快走。」


愛因斯坦說:「請你們閉上眼睛,準備好了嗎?般若波羅蜜!」


Tom and Jerry突然感到自己漂浮起來了,睜開眼睛一看,三個人已經懸浮在漆黑的太空中了,四面八方全是星光點點。


愛因斯坦說:「現在,我需要把你們倆放到一個特殊的、非常好玩的轉盤遊樂機裡面去。」


Tom and Jerry說:「在哪裡?在哪裡?」


愛因斯坦說:「巴巴變!」


於是,三個人眼前突然出現了一個巨大的圓形建築物,就好像一個超級巨大的圓形餅乾鐵盒。


愛因斯坦說:「這就是我們要去上課的地方,你們倆進去,因為我是這裡的上帝,所以,你們倆的一切行動我都能看見,你們能聽到我說的話,我也能聽見你們說話,好了,現在給你們發道具,一人一隻原子鐘和納米尺,這可是全世界最精確的時鐘和量尺,千萬要保護好。」


Tom and Jerry收下了鍾和尺,丈二和尚摸不著頭腦,完全不知道愛因斯坦教授有何用意,先進去再說,看看有什麼好玩的,於是兩人抓著建築物的門框,稍一用力,輕輕巧巧的就漂進去了。

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愛因斯坦說:「Tom,現在請你在圓盤的內壁上就位,Jerry,請在圓盤底的圓心就位,我們的實驗馬上就要開始了。」


Tom說:「讓我想起了我家關小白鼠的籠子裡面的那個輪盤。」


Jerry說:「讓我想起了我小時候最喜歡玩的東西。」


愛因斯坦說:「請注意,我馬上就要把它旋轉起來了,你們準備好了嗎?」


Tom and Jerry說:「準備好了。」


愛因斯坦手一揮,整個轉盤就開始飛快的轉動起來了。


Tom由於是在圓盤的內壁位置,於是瞬間就感受到離心力,從我們觀眾的角度來看,他感受到的是離心力,但是從Tom自己的角度來感覺,他根本分不出是重力還是離心力,且看我們的Tom怎麼說。


Tom說:「啊哈,我們是不是回到地球上了?我突然就感覺回到了地面,能正常走路了,只是這個地面有點不平啊。」


愛因斯坦轉身面向觀眾,解釋說:「勻速圓周運動的實質是一種加速運動,根據我的等效原理,加速度和重力是一回事,所以,你完全可以認為Tom回到了地球上。」


Jerry由於是站在圓心的位置,所以他相對觀眾來說是靜止的,Tom在Jerry周圍一圈圈地轉著,且看我們的Jerry是怎麼說的。


Jerry說:「我沒有感覺到任何的變化,這裡能見度不夠,我甚至連Tom都看不到。」


愛因斯坦再次轉向觀眾,解釋說:「Jerry就好像處在引力的邊緣一樣,他此時仍然是懸浮在太空中的,沒有受到任何引力的影響。我們用這樣一個密閉的圓盤,就創造了一個小小的人工引力場環境,接下去,我們就要研究這個引力場對我們的時間和空間到底造成了什麼樣的影響了。先讓我們來研究一下相對比較容易研究的時間問題。」


愛因斯坦轉過身去,說:「Tom and Jerry,你們現在告訴我你們的原子鐘的時間是多少?」


Tom說:「11點55分,教授。」


Jerry說:「12點整,教授。」


愛因斯坦解釋說:「很好,大家請注意,Tom相對我們在運動,而Jerry則是相對我們靜止的,根據狹義相對論的時間膨脹效應,運動會使得時間變慢,因此,我們可以很容易得出結論,那就是Tom的時間變慢了。但現在請大家把視角放回到Tom身上,對Tom來講,他感覺自己並沒有運動,只不過是受到了引力而已,因此Tom可以得出這樣的結論:引力使得時間膨脹了。讓我們繼續往深入研究。」


愛因斯坦對Jerry說:「Jerry,現在我要你沿著圓盤上的徑線往前去一點點。」


Jerry往前挪了一點點,突然就感受到了一點輕微的引力,這股引力在把他向遠處拖拽,Jerry趕緊打開了綁在腰上的推進裝置,以維持平衡。


愛因斯坦說:「Jerry,現在你再告訴我你的時間。」


Jerry報了一個精確的數字,愛因斯坦發現比自己的原子鐘慢了1秒鐘。


愛因斯坦說:「很好,Jerry你現在繼續沿著徑線朝前挪一點,跟剛才挪動的距離一樣,再告訴我時間。」


Jerry照做,又報了一個精確的數字。


愛因斯坦發現比自己的原子鐘慢了2.5秒。


愛因斯坦繼續指揮著Jerry一點點的繼續朝前挪動,每挪一段距離,就報一個時間,愛因斯坦記下每次Jerry時間變慢的幅度。


愛因斯坦解釋說:「Jerry的時間為什麼會變慢,道理很簡單,Jerry一旦離開了圓心,他就會產生速度,所以時間就變慢了,而且他的線速度是隨著離開圓心的距離不斷增大的,因此他的時間變慢的幅度就會逐步增大。現在讓我們構建一個笛卡爾坐標系,把X軸當作距離的變化,Y軸當作時間變慢的幅度大小,然後我們把剛才Jerry告訴我的所有數據用一個個點標在這個坐標系裡面,最後我們把這些點用線連起來,我們很快就會發現,這是一根拋物線,一根完美的曲線。換句話說,隨著離開圓心的距離增大,也就是引力會逐步增大,而時間會逐步變慢,但是時間變慢的幅度是一根曲線,我們可以這樣理解,在圓盤上時間彎曲了,而這個小小的圓盤就是一個人造引力場,也就是說引力使得時間彎曲了。」


你禁不住鼓起掌來,太精彩了,愛因斯坦不愧是大師級人物啊,我似乎明白了時間彎曲是怎麼回事了,繼續繼續,那空間彎曲又該怎麼理解呢?


愛因斯坦說:「Tom and Jerry,請拿出你們的納米尺,不要告訴我你們弄丟了,那一把尺子可要花去教授我一個月的薪水呢。」


Tom說:「教授,尺子在手裡呢,讓我做什麼?」


Jerry說:「這把尺子真好看。」


愛因斯坦說:「Jerry,我要你現在開始量一下圓盤的半徑長度。Tom你呢就給我量一下圓盤周長,就是你剛好走一圈的長度。」


不一會兒,兩人都把數字報過來了,愛因斯坦用Tom量的周長除以Jerry量的半徑,得出的數字發現比2π要大,這是怎麼回事?


愛因斯坦解釋說:「請注意,從我們觀眾的角度看起來,Tom由於在運動,那麼根據狹義相對論,在運動方向上就會發生尺縮現象,所以Tom手裡的那根納米尺就會縮短一點點,而同時,Jerry是在沿著徑線方向丈量,在這個方向上,納米尺沒有運動,自然也就不會發生尺縮現象,於是,Tom量出得來的周長就會比靜止時長一點點(他必須多測量幾步才能測完整個周長,而他自己仍然以為尺子的長度沒變),而Jerry量出來的半徑則不會變化,於是,奇怪的事情發生了,這個轉動的圓盤的圓周率大於 π,我們進一步想下去的話,在這個圓盤的人造引力場中,所有以Jerry為圓心的半徑不同的圓都可以用同樣的方法得出圓周率都大於π的這個驚人事實。觀眾們,你能告訴我在什麼情況下一個圓的圓周率大於π嗎?」


一個聰明的觀眾說道:「我知道,我知道。」


愛因斯坦說:「請講。」


觀眾說:「圓規的質量不過關,不小心把圓畫成了橢圓的情況下。」


愛因斯坦說:「拜託,我們這不是腦經急轉彎呢,不考慮這種意外誤差情況。」


觀眾說:「那我就不知道了。」


愛因斯坦說:「如果你在一張紙上畫一個標準的圓,自然圓周率是π,但是,如果你在一個籃球上畫一個標準的圓,如果你去測算一下的話,就會發現籃球上的圓的圓周率小於π,同理如果你在一個馬鞍面上畫一個標準的圓,則圓周率就會大於π。觀眾們,我們的結論就是如果是在一個曲面上畫一個圓,圓周率就不會等於派。因此可見,在圓盤引力場中,我們發現圓周率大於π,就說明了這個引力場中的空間不是平直的,是彎曲的,否則圓周率是不可能大於π的。」

廣義相對論的時空彎曲效應



圖5-6平面上的圓 球面上的圓 馬鞍面上的圓


你再一次的禁不住鼓起掌了,真是精彩啊,你對愛因斯坦的佩服真如滔滔江水了,其實筆者在理解了愛因斯坦的這個圓盤實驗後,也是禁不住大聲喝彩,這實在是一場思維的盛宴。你馬上就想到:我這麼抬起手來,朝空中一劈,這一招叫扭轉乾坤,顯然,我的手劈下去不是一個勻速直線運動,肯定是一個加速運動,那豈不是我這一招真的可以把時空給弄彎曲了?沒錯,你的思考完全正確,只是你這一劈造成的時空彎曲的效應要把你的手放大到整個宇宙大小才有可能被察覺到。


我們把這個稱為「廣義相對論的時空彎曲效應」,在引力越強的地方,時空被彎曲得越厲害,也就是時間變得越慢。地面上的地球引力比在高山上的地球引力要大,所以地面上的時鐘會比高山上的時鐘走得慢一點。細心的讀者可能會發現這裡面有個特別有趣的事情是,地球是在自轉的,因此離地面越高,自轉的線速度就會越大,那麼高山上的時鐘和地面上的時鐘相比,根據狹義相對論,速度快,時間就會變慢,高山的時鐘要比地面上的慢,但是根據廣義相對論,高山上的地球引力更小,所以時間會變快,那麼到底是狹義還是廣義相對論效應更顯著一點呢?根據精確的計算,是廣義相對論效應更加顯著,高山上的時鐘走得更快了,這一點也在上世紀90年代得到了實驗數據的有力支持。天上的衛星也是同時受到狹義和廣義相對論效應的影響,結論也是廣義相對論效應更顯著,因此GPS衛星上的時鐘要比地面上的時鐘走得更快一點。再來看看坐飛機的人,民航飛機時速一般是800到1000公里,你坐在飛機裡面也是同時受到了狹義和廣義相對論效應的影響,那麼你的時間到底是變快了還是變慢了呢,叫真兒的讀者還會想到,考慮到大氣環流的影響,飛機相對地面的速度跟飛機自西向東飛還是自東向西飛有關,是的,沒錯,根據精確的計算,發現以飛機的時速考慮的話,如果是順著大氣環流方向飛,你的時間會變慢,反過來如果逆著大氣環流的方向飛,你的時間就會變快。1971年,我們可敬的兩位美國科學家,一個叫Hafele,一個叫Keating,他們帶上了全世界精度最高的銫原子鐘(這種超精確鍾600萬年才會誤差1秒)先後2次從華盛頓的杜勒斯機場出發,乘上了一架做環球航行的民航客機,一次是自西向東飛,一次是自東向西飛,飛行高度9000米左右,飛行時速800公里左右,環球飛行一次花了65小時,一次花了80小時,落地後他們與地面上的銫原子鐘進行了比較,實驗數據與相對論的計算結果吻合得幾乎完美。因此,你記住結論,以後從中國飛美國就會年輕一點(不考慮從北極走的那條航線),從美國飛中國就會老一點,看來坐飛機能讓你變的年輕還真不是假的,不過英國的大物理學家霍金指出:吃飛機餐對你壽命的損害要遠遠大過相對論效應(參見霍金《果殼中的宇宙》)。有讀者提出要求說,把廣義相對論的時間變化的公式告訴我嘛,我以後就可以自己算了,多好玩,很抱歉,廣義相對論的公式都是微分方程(為什麼是微分方程,因為引力是一個隨著距離不斷變化的值,這種不斷變化的量,我們知道必須要用到強大的、頭暈的、天書般的微積分來處理,愛因斯坦當年為了弄出引力場方程,還特別去大學裡面學習了一年的微積分呢),所以你必須把微積分學得很好才會計算,像筆者這樣的早就把微積分還給老師的人就跟看天書一樣,而且我前面有過保證,不再出現任何公式來刺激讀者了。。。


--來自汪潔《時間的形狀》?


---未完待續---


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