时间究竟是什么?带你领略爱因斯坦的宇宙时空观!
很久很久以前......,所有精彩故事都是以此妙词作为开头,但“时间”的由来是什么?人们经常说时光飞逝,时间就是金钱,我们没有时间,我们浪费时间,我们努力节省时间,但我们对时间究竟了解多少?
比如看着一条流动的河,时间似乎在流动,连续不断地流向下一刻,而且时间似乎总是朝同一方向流动,朝未来前进,但这样的想法可能是错误的。那么我们要如何解开如时间这般深奥难解的谜题?
有个办法是测量时间。数千年来利用不同形状大小和种类的时钟,人类测量时间的方法越来越精准。第一个钟堪称每日只发出一次滴答声:会运转的地球,从地球不断沿着轴心每日自转一次,到地球每年绕行太阳一圈,我们一直利用地球可预测并且一贯性的运动来测量时间。我们总是在寻找不断重复的事物,这类重复性活动,这类事物的循环构成时钟,因此时间成了某种重复性过程。
利用日出测量地球的运动后,我们将一天分成24小时,地球一天自转一次,我们靠观测日出日落来数日子。但科罗拉多的国家标准预技术研究院想知道正确时间得去的地方,美国标准时间精确度非常的高,那里的人员以惊人的精确度测量时间,他们利用宇宙间最小的物体,稀有金属铯的原子。
原子具备固有频率,任何会振动,会进行重复性运动的东西都可以做为钟。铯原子活动的频率是世界标准计时器。铯原子被能量撞击后,会振动或持续运动,每秒发出光脉动90亿次,科学家计算铯原子运动的次数,铯原子每秒运动9192631770次,每次看到那个数字就过了一秒,接着又过了一秒又一秒。
我们日常用的钟表每两个月会快或慢一秒,但是铯原子做的钟表每一亿年才会快或慢一秒。但是无论我们的钟变得多么准,我们仍然不了解时间。钟表能告诉我们现在的时间,但一直无法告诉我们时间到底是什么,我们在测量的究竟是什么?
在早期搭火车到外地时,时间会造成一个独特的问题,当时每座城镇划定正午的方式,是看太阳是否大概已经升到头顶正上方,而另一座城市的时间可能不太重要。让情况更加复杂的是,火车是采用启程所在城市的时间。假设坐火车从巴黎到日内瓦,沿途所知的时间会是巴黎的时间,因为火车是从那里出发的;但如果反过来从日内外到巴黎,采用的会是日内瓦时间。而随着铁路交汇点的增加,那些交汇点标示的时间越来越多,进而造成很大的困扰。
调整相距遥远城市的时间表的非常重要,特别是位于同一条铁道上的城市,将时间同步化的必要性越来越大,而这时一位名叫爱因斯坦的年轻物理学家给我们带来了变革,当时他在瑞士的专利局工作,那份职务可接触到当时所有伟大发明,专那里的利品展示出如何利用交换电报信号将时钟同步化的新奇方法,利用无线电波同步化的钟皆使得将时间同步化,得知时间及如何测量时间立即在爱因斯坦心中变得重要又有趣。
爱因斯坦也在不久后将震撼全世界,针对时间的本质提出激进的看法。他工作地点的那些机械装置意外带给他启发。爱因斯坦体会到那些将时钟同步化的方法不仅仅是有创意的发明,他还发现了那一切揭露了我们有多么不了解时间。
多数人对时间的看法浅显易懂,每一个人,每一个地方,时间流逝的速度都一样,这项尝试是由现代科学之父牛顿所确立。时间不断流逝,对此我们无能为力。牛顿对于时间的看法虽然合理,爱因斯却看出事实并非如此。
爱因斯发现时间可以不同速度流动,这种说话听起来有点奇怪,这表示我的时间和你的时间可能不同。爱因斯坦的观点瓦解了牛顿对现实的观念,爱因斯坦说时间不仅是通用于全宇宙的标记,每个人所经历的时间各有不同,他对时间的描述更加有趣,每个人各自拥有自己的时间,每个人的时间流动速度不同,时间并非全宇宙统一,而是由许多不同的时间。
爱因斯坦能取得这么惊人的新发现,是因为解开空间与时间之间的隐秘关系,爱因斯坦指出,空间运动对时间流动有极大的影响。运用这份惊人的见解,爱因斯坦颠覆了所有人时间流动速度相同的常识。在移动的人,时间流动速度会比较慢,这种观点很惊人,在爱因斯坦之前,不曾有人想象出这样的事情,那是爱因斯坦独有的见解。
那么我们为何未能在日常生活中察觉到这一点呢?我们在地球上移动的速度很慢,运动队时间的影响极微小,因此我们感受不到,但这样的影响千真万确,并且能够测量到。想进行测量,只需两个原子钟及一架喷射飞机,这项实验室在1971年进行的,当时有科学家带着一个原子钟跑遍全球各地,然后与在地面上的原子钟对比,结果就如爱因斯坦所预测,两个钟的时间出现差异,两者只相差千亿分之一秒,但却明确证实了运动会影响时间流动。
爱因斯坦的理论在接下来不断被验证,所有结果全都一致,成为我们了解大自然运作的基础知识。发现空间和时间居然有这等关系后,爱因斯坦认为不能再认为两者不相干,必须将空间和时间融为一体,成为所谓的“时空”,爱因斯坦的这一发现彻底改变了我们以前我们对时间和空间的那种固有的看法!