住得越高，老得越快

文/[英]馬庫(kù)斯·喬恩

你住在高樓里要比你住在平房里的時(shí)候老得快。因?yàn)閻?ài)因斯坦的引力定律告訴我們，引力越大的地方，時(shí)間流逝越慢。這就是著名的廣義相對(duì)論。然而，引力變強(qiáng)導(dǎo)致的時(shí)間延緩是細(xì)微的，所以想要測(cè)出時(shí)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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的科學(xué)家們就成功地測(cè)量出，站在臺(tái)階上的人的確比站在臺(tái)階下的人老得快。測(cè)量方式是，將兩個(gè)超級(jí)精確的原子鐘分別放在臺(tái)階上和臺(tái)階下計(jì)時(shí)。

那么，為什么在強(qiáng)引力條件下時(shí)間會(huì)減緩呢？這是因?yàn)?915年，愛(ài)因斯坦的超級(jí)大腦發(fā)現(xiàn)引力其實(shí)并不存在。對(duì)的，你沒(méi)看錯(cuò)，引力就是一種幻覺(jué)！要理解這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，你可得跟著我動(dòng)動(dòng)腦子了。想象有一天你在一個(gè)火箭里醒來(lái)，火箭在虛無(wú)的空間里以1g（大約為一個(gè)引力加速度）的加速度飛行。其實(shí)你沒(méi)什么感覺(jué)，你的腳還是緊貼地面，你能隨意走動(dòng)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(ài)因斯坦借此揭示了一個(gè)驚人的事實(shí)：引力就是加速度。你也許認(rèn)為，你腳底緊貼地面是因?yàn)橛惺裁戳Π涯銧恳虻匦模聦?shí)上你只是在做加速運(yùn)動(dòng)，但你對(duì)此毫無(wú)覺(jué)察。

等等，這是怎么一回事呢？

讓我們?cè)俅位氐郊铀亠w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(huì)發(fā)現(xiàn)射在右端墻上的光點(diǎn)比左邊發(fā)出的光點(diǎn)要更接近地面一些。因?yàn)椋诠馐鴱淖筮咃w往右邊的過(guò)程中，地面仍按1g的加速度上升（接近光束）。當(dāng)然，你感覺(jué)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(shí)呢？

眾所周知，光在兩點(diǎn)之間只走最短的距離。就像平原上行走的徒步者，兩個(gè)地點(diǎn)之間最短的路徑是直線。但是這對(duì)登山者而言則不盡然，他們認(rèn)為兩個(gè)地點(diǎn)之間最短的距離應(yīng)該是曲折蜿蜒的（想象一只高飛的鳥(niǎo)兒俯瞰的景象）。由此可以推斷，光束之所以在火箭加速運(yùn)動(dòng)時(shí)彎曲，是因?yàn)榭臻g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(shí)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(shí)上，愛(ài)因斯坦推導(dǎo)的理論是：引力本身就是扭曲的空間。

說(shuō)得更精確一點(diǎn)，引力是扭曲的空間以及時(shí)間。早在1905年，愛(ài)因斯坦就發(fā)現(xiàn)，空間和時(shí)間是同一個(gè)事物的兩個(gè)方面。我們無(wú)法察覺(jué)時(shí)間——空間的扭曲，因?yàn)樗撬木S的，而我們?nèi)祟愔皇堑偷鹊娜S生物。也只有愛(ài)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?yàn)榈厍虻臅r(shí)空是扭曲的。想象地球處于時(shí)間—空間的谷底，我們都有加速下降到谷底的趨勢(shì)，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(shì)。這就是我們感受到的引力。

引力是扭曲的時(shí)間和空間。它不僅戲弄空間，讓光束的路徑彎曲。它也不放過(guò)時(shí)間，對(duì)其指手畫腳發(fā)號(hào)施令。接下來(lái)，我就來(lái)講講為什么引力會(huì)減慢時(shí)間。

首先，我們假設(shè)一個(gè)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(shí)，則計(jì)數(shù)一次，算作一次鐘表的“嘀嗒”。如果這個(gè)鐘是擺放在地球上的，那么兩面鏡子之間的光束不會(huì)是直線——現(xiàn)在大家都應(yīng)該知道原因了吧，這是因?yàn)橐?huì)使光束彎曲。

然后，再把這樣兩個(gè)鐘分別放置到高低不同的兩個(gè)位置。低處的鐘所受的引力比高處的更大，這是因?yàn)榍罢唠x地面更近。這樣一來(lái)，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(shí)間更長(zhǎng)。綜上，低處的鐘走得比高處的鐘慢。換個(gè)說(shuō)法，時(shí)間在強(qiáng)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(duì)這個(gè)鐘有影響，那么它對(duì)其他所有鐘表都有相同效果。結(jié)論也會(huì)始終不變：引力會(huì)減慢時(shí)間。

說(shuō)到這里，你可能會(huì)覺(jué)得這個(gè)知識(shí)點(diǎn)過(guò)于生僻，簡(jiǎn)直對(duì)日常生活毫無(wú)用處。這你就大錯(cuò)特錯(cuò)了。衛(wèi)星導(dǎo)航和智能手機(jī)必須借助全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星來(lái)定位你的位置。全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星上都安裝著時(shí)鐘，沿著狹長(zhǎng)的軌道繞地球運(yùn)行。當(dāng)人造衛(wèi)星移動(dòng)到離地球更近的軌道上時(shí)，受到的引力更強(qiáng)，因此它們自帶的鐘也會(huì)慢下來(lái)。如果你使用的電子設(shè)備不能自動(dòng)補(bǔ)償這種時(shí)間差，衛(wèi)星就不能準(zhǔn)確地定位你的實(shí)時(shí)位置。

引力小的地方，時(shí)間減慢程度小；引力大的地方，時(shí)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(wú)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(wú)法逃脫）外側(cè)徘徊，你的時(shí)間相對(duì)于宇宙其他地方將慢到極致。如果你往外看去，你將看見(jiàn)整個(gè)未來(lái)，像電影快進(jìn)那樣在你眼前閃現(xiàn)！