滚动：相对论的时间膨胀表明“速度越快时间越慢”，膨胀的到底是什么？

在牛顿的经典物理学体系下，时空是绝对的，一成不变的。也就是说，一秒就是一秒，对于每个人来讲都是一样的。

但是爱因斯坦提出相对论之后，彻底推翻了牛顿的绝对时空观，也颠覆了我们的传统认知。爱因斯坦告诉我们，时空并不是绝对的，而是相对的，就像弹性布料那样，可以拉扯，扭曲，撕裂。

按照相对论的相对时空观诠释，不同的参考系中，时间的流逝速度是不一样的，这也就是时间膨胀。

(资料图片)

说白了，时间膨胀就是两个不同的参考系对时间流逝的不同感受。比如说，你乘坐亚光速飞船离开地球，在我眼里你的时间就膨胀了，因为我会看到你的时间变慢了。

狭义相对论和广义相对论都有关于时间膨胀的描述，所以时间膨胀可以分为两种，但本质上都是等价的。

首先来说狭义相对论中的时间膨胀。简单讲就是速度越快时间就越慢，用公式表达就是下图。

公式中的t"就是高速运动的参考系里的时间膨胀值，t代表低速参考系下的时间，v是两者的相对速度，c为光速。

可以看出，当v越是接近光速，时间膨胀效应就越明显。如果无限接近光速，时间就趋于停止。

而在广义相对论里，引力取代了速度，引力越大时间就越慢。用公式表达就是下图。

公式中可以看出，物体的质量越大，时间膨胀效应就越明显。这也是为什么黑洞附近的时间流逝非常慢，在黑洞附近逗留一会，重返地球后会发现地球时间过去了几十年甚至更久。科幻电影《星际穿越》就有这样的故事情节。

速度和引力都会引起时间膨胀，但不管是哪种时间膨胀，都有光速的影子，都与光速息息相关。

光速为何会与时间息息相关？为何时间膨胀都离不开光速？

详细讲解起来比较复杂。这里就长话短说，因为光速就是如此霸道，光速是绝对的，不需要任何参考系，或者说在任何参考系下光速都保持不变。

在我们日常生活中，速度都是相对的，必须有合适的参考系，速度才有意义。但光速不是这样的，它始终保持光速。

举个例子，即便你驾驶汽车以0.9倍光速飞行，汽车发出的光的速度在我眼里仍旧是光速，而不是汽车速度加上光速，也就是1.9倍光速。

光速与任何速度叠加之后仍旧是光速。

为了保证光速的这种绝对性，某些东西必须做出改变，才能使得不同的参考系下观察到的光速保持不变。

而速度等于距离除以时间，距离就是空间。如果速度绝对不变，那么时间和空间必然要改变，才能让不同的参考系下观察到的光速绝对不变。

光速，就是我们宇宙的绝对参考系，是宇宙的定海神针一样，任凭外界风吹浪打，依旧纹丝不动。

下面说说引力为什么会导致时间膨胀，其实与速度导致时间膨胀本质上是一样的，两者是等效的。

广义相对论告诉我们，引力越大，周围的时空弯曲越厉害，时间就会变慢。为什么会这样？

用公式诠释很复杂，广义相对论公式看懂的人并不多。这里给出一个通俗的解释，通俗往往意味着不太严谨，但对科普来讲也足够了。

引力越大，时空扭曲越厉害，意味着光线沿着扭曲的时空飞行的时间也就越长，时间当然就会变慢。

而像黑洞这样的天体能无限扭曲时空，意味着光速永远沿着无限扭曲的时空飞行，永远飞不出去，也就意味着时间停止了。这也是为什么一旦越过黑洞的事件视界，时间就戛然而止了。

这里有必要强调一下，不管是速度还是引力引起的时间膨胀，其实都是相对不同的参考系而言。对于自己来讲，也就是自己的本征时间，是不会变的。

比如说，哪怕你以无限接近光速的速度飞行，你自己是感受不到时间变慢的，只有通过与外面不同的参考系做对比，才能感受到时间膨胀。比如说重返地球这个参考系之后，你会发现地球时间过去了好几百年，自己的时间膨胀了。

时间膨胀效应并不仅仅是理论，更不是猜测，早就已经在我们身边广泛应用了。

最明显的应用就是卫星导航系统。由于卫星的速度很快，同时对卫星导航的精确度要求很高，就必须考虑到高速运动下卫星出现的时间膨胀效应。当然不仅仅是速度，还有引力也会影响卫星的时间。

所以，必须对卫星上的时钟做出相应调整，使其与地面时间保持一致，不然导航系统会彻底瘫痪！

关键词：