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速度只是扭曲时间的一种方法,重力则是另一种方法。早在1908年,爱因斯坦便开始推广狭义相对论,将重力效应包括进来。他再度利用光做精妙的论证,提出另一个惊人的结论:
重力会减慢时间。
他到1915年才完全解决这道论证,提出了广义相对论,扩展了1905年所发表的狭义相对论,将重力场对于时间与空间的效应包括在理论中。
将数字代入爱因斯坦的公式中,会发现地球的重力造成时钟每300年慢1微秒。这导出一个有趣的结论:
时间在太空中跑得比较快。
虽然没有多到能让太空人注意得到(在国际太空站待上六个月,只有几微秒差距),不过物理学家能够利用精准的时钟,测量到这种重力效应。1976年,维索特(Robert Vessot)与列文(Martin Levine)从西维吉尼亚州将一枚载有氢迈射时钟的火箭发射到太空,然后在地面上仔细监控。几个小时后火箭坠毁掉进大西洋,上面的时钟多出约0.1微秒。
甚至,在大楼底部和顶端之间也有非常微小的时间差距。1959年,有人在哈佛大学里一座22.5公尺高的塔楼上进行实验,以测试时间扭曲因子。他们利用极精准的核子过程,结果侦测到0.000000000000257%的减缓效应。虽然所测量到的数值很小,却证实了爱因斯坦的预测。没有人对这个结果真正感到惊讶,因为物理学家很早就接受了重力对时间的效应。
如果你能神奇地将地球挤压到一半大小(保留所有质量),地球表面的重力能将变成2倍大,时间扭曲也会变成2倍大。继续再挤压下去,则效应会越来越大。当地球的半径变得0.9公分的临界值时,时间将会“保持静止”,没有东西可以逃脱!这二张图显示,当球体压缩时球面上时钟所相对应的“减缓因子”。注意到当球体缩小到豌豆大小时,时间扭曲将会变得无穷大。
要将地球所有质量全部挤压成1立方公分,当然令人匪夷所思!不过在天文物理学中,确实会发生这种惊人的压缩。例如,当恒星烧光燃料后,会收缩得非常小,小到只有原先尺寸的一丁点儿。有些大型的恒星会突然发生内爆,形成不比曼哈顿大多少的旋转球体,然而所含有的质量比太阳还大(2*1027吨)。这些塌陷星球的重力如此大,甚至原子也压碎成为中子,所以又被称为“中子星”,在金牛座便有这类星球,位于蟹状星云不规则扩张气云的内部。蟹状星云环绕着一个重型恒星爆炸粉碎后的残骸,中国天文官于1054年观察该次爆炸并记载下来。
天文学家已经发现更多这类星体,并确认星体表面的重力大到会产生相当程度的时间扭曲,在典型中子星表面上的时钟,走得会比地球表面上慢30%。所以住在中子星附近(我得承认这个提议很不实际),你便有个打造好的时光机,可以旅行到未来。在那里过上7年,相当于地球上过了10年。
若是你能够从中子星表面回头望地球,将会看到地球上的事情加快速度,就像是快速放映的录影带节目一样。不过,紧邻你身旁附近的事情,看起来还是很正常,你不会感觉自己是住在快速运作的世界,或是心理时间错乱地呼啸而过。
这一切都是真的吗?是的,没错。在天鹰座有一对互相唱和的中子星,它们发射出规则的无线电哔哔声,让天文学家能够精准地证实爱因斯坦的广义相对论所预测的时间扭曲效应。 |