住得越高，老得越快

[英]馬庫斯·喬恩

你住在高樓里要比你住在平房里的時候老得快。因為愛因斯坦的引力定律告訴我們，引力越大的地方，時間流逝越慢。這就是著名的廣義相對論。然而，引力變強導(dǎo)致的時間延緩是細(xì)微的，所以想要測出時間究竟慢了多少，就需要借助十分靈敏的原子鐘了。2012年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的科學(xué)家們就成功地測量出，站在臺階上的人的確比站在臺階下的人老得快。測量方式是，將兩個超級精確的原子鐘分別放在臺階上和臺階下計時。

那么，為什么在強引力條件下時間會減緩呢？這是因為1915年，愛因斯坦的超級大腦發(fā)現(xiàn)引力其實并不存在。對的，你沒看錯，引力就是一種幻覺！要理解這個知識點，你可得跟著我動動腦子了。想象有一天你在一個火箭里醒來，火箭在虛無的空間里以1g（大約為一個引力加速度）的加速度飛行。其實你沒什么感覺，你的腳還是緊貼地面，你能隨意走動就像還在地球一般。如果把火箭的窗戶封上，你甚至不知道你在火箭里加速飛行。你可能看不出這其中的玄妙，但愛因斯坦借此揭示了一個驚人的事實：引力就是加速度。你也許認(rèn)為，你腳底緊貼地面是因為有什么力把你牽引向地心，事實上你只是在做加速運動，但你對此毫無覺察。

等等，這是怎么一回事呢？

讓我們再次回到加速飛行的火箭里吧。這次，你要從火箭的左端，水平發(fā)射一束激光到右端。仔細(xì)觀察一下，就會發(fā)現(xiàn)射在右端墻上的光點比左邊發(fā)出的光點要更接近地面一些。因為，在光束從左邊飛往右邊的過程中，地面仍按1g的加速度上升（接近光束）。當(dāng)然，你感覺不到任何的加速度，你還以為你仍在地球上，感受到的也只是地球的引力呢。那么，這種情況下，你如何看待光束向地面彎曲這一事實呢？

眾所周知，光在兩點之間只走最短的距離。就像平原上行走的徒步者，兩個地點之間最短的路徑是直線。但是這對登山者而言則不盡然，他們認(rèn)為兩個地點之間最短的距離應(yīng)該是曲折蜿蜒的（想象一只高飛的鳥兒俯瞰的景象）。由此可以推斷，光束之所以在火箭加速運動時彎曲，是因為空間被扭曲了。把原本“平整”的空間扭曲成起伏的山丘。而火箭中的加速度其實與地球的引力效果相同，這就意味著是引力扭曲了空間。而事實上，愛因斯坦推導(dǎo)的理論是：引力本身就是扭曲的空間。

說得更精確一點，引力是扭曲的空間以及時間。早在1905年，愛因斯坦就發(fā)現(xiàn)，空間和時間是同一個事物的兩個方面。我們無法察覺時間—空間的扭曲，因為它是四維的，而我們?nèi)祟愔皇堑偷鹊娜S生物。也只有愛因斯坦這樣的天才才得以一窺事物的真相。

為什么我們的雙腳緊貼地面呢？真正科學(xué)的回答是：因為地球的時空是扭曲的。想象地球處于時間—空間的谷底，我們都有加速下降到谷底的趨勢，但我們下降的路被地表攔截了，它阻止了我們向下加速的趨勢。這就是我們感受到的引力。

引力是扭曲的時間和空間。它不僅戲弄空間，讓光束的路徑彎曲。它也不放過時間，對其指手畫腳發(fā)號施令。接下來，我就來講講為什么引力會減慢時間。

首先，我們假設(shè)一個理想狀態(tài)的“鐘”。它由光束和兩面鏡子組成。光束在兩面鏡子之間往返。每當(dāng)光跳到一面鏡子上時，則計數(shù)一次，算作一次鐘表的“嘀嗒”。如果這個鐘是擺放在地球上的，那么兩面鏡子之間的光束不會是直線——現(xiàn)在大家都應(yīng)該知道原因了吧，這是因為引力會使光束彎曲。

然后，再把這樣兩個鐘分別放置到高低不同的兩個位置。低處的鐘所受的引力比高處的更大，這是因為前者離地面更近。這樣一來，兩面鏡子間，低處的比高處的光束路徑更加彎曲。因此，低處的鐘發(fā)出的“嘀嗒”聲間隔時間更長。綜上，低處的鐘走得比高處的鐘慢。換個說法，時間在強引力中走得更慢。

以上舉例中，用的是廣義上的鐘表。如果引力對這個鐘有影響，那么它對其他所有鐘表都有相同效果。結(jié)論也會始終不變：引力會減慢時間。

說到這里，你可能會覺得這個知識點過于生僻，簡直對日常生活毫無用處。這你就大錯特錯了。衛(wèi)星導(dǎo)航和智能手機必須借助全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星來定位你的位置。全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星上都安裝著時鐘，沿著狹長的軌道繞地球運行。當(dāng)人造衛(wèi)星移動到離地球更近的軌道上時，受到的引力更強，因此它們自帶的鐘也會慢下來。如果你使用的電子設(shè)備不能自動補償這種時間差，衛(wèi)星就不能準(zhǔn)確地定位你的實時位置。

引力小的地方，時間減慢程度??；引力大的地方，時間減慢程度大。就目前所知，引力最大的地方是黑洞。它是大質(zhì)量恒星在生命末期瘋狂坍縮形成的無底深淵。如果你能去一趟黑洞游玩，在它視界（光和物質(zhì)進(jìn)入黑洞內(nèi)的單向膜，自此任何光或物質(zhì)都將被黑洞捕獲無法逃脫）外側(cè)徘徊，你的時間相對于宇宙其他地方將慢到極致。如果你往外看去，你將看見整個未來，像電影快進(jìn)那樣在你眼前閃現(xiàn)！