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你是否想过时间是什么?假设你度过了1小时,那你的同学也度过了1小时吗?你肯定认为这句话是对的,但其实不是。时间流逝的速度取决于你如何看待时间。这个看似简单的问题,实际上涉及到爱因斯坦相对论的核心概念。
想一想,上面最后一句话似乎是错的。例如,你告诉同学1小时后在学校见面,你们都认为这1小时对你们来说是一样的。这是因为你和你的朋友都走得很慢。在两个人走得都很慢的情况下,你度过了1小时,你朋友差不多也是1小时。但是,如果你比你同学走得快,那么时间对你们来说就有差别了。
为了了解时间差,你要走得比你朋友快很多很多。因为根据爱因斯坦的相对论,速度越快,时间越慢。如果你以十万公里每秒的速度运动,你同学度过1小时,你只度过57分钟。如果你以二十万公里每秒的速度运动,你朋友度过1小时,你只度过45分钟。这就是时间膨胀效应的具体体现。
所有这些看起来也许毫无意义。毕竟,即使最快的宇宙飞船,飞行速度也小于一百公里每秒。但时间差概念确实有着重要的应用,比如导航用的GPS。一个GPS卫星,其飞行速度为4公里每秒,这个速度造成的时间差,就足以影响GPS接收器的准确性了。时间差虽然很小,大约1天10微秒,但如果工程师在一个月之内不去修正它,这个时间差就会导致GPS产生足够的误差而无法使用。
重力也影响时间,重力如何影响地球和GPS卫星上的时间?根据广义相对论,重力场越强,时间流逝得越慢。地球表面的重力比GPS卫星轨道上的重力更强,所以地球上的时间比卫星上慢。这种重力时间膨胀效应也必须在GPS系统中考虑。实际上,GPS系统需要同时修正速度引起的时间膨胀和重力引起的时间膨胀,才能保证定位的准确性。这就是爱因斯坦相对论在现代科技中的重要应用。