什么是"慢"？是动作上闲庭信步,还是时间上度日如年

　　来源：墨子沙龙

　　慢，是动作上的，闲庭信步。慢，是时间上的，度日如年。从前的日色变得慢，车，马，邮件都慢，一生只够爱一个人。可时间上的慢，也可能是经典物理中，因秒针的滴答声而清晰可见的一分一秒；或者是在相对论的世界里，那匪夷所思的“双生子吊诡”。

　　飞机太快了吗？

　　曾经，在你的地理（或者物理或者数学）课本上，曾出现过这个问题――小明乘飞机从A地飞往B地，上飞机的时候是12点，经过2个小时的飞行时间，下飞机的时候仍旧是12点。那么中间的这两个小时上哪里了？


上飞机之时

　　诡异吗？诡异？！也许只是忘记不同时区存在
时差。

　　地球一直在自西向东的自转，把地球看作一个椭球形，它的南极和北极间被很多人为添加的曲线（经线）连接了起来，时区的间隔线就是这些经线。不同的时区的人，可以在不同的时间看见日出和日落，也在同一时间看着钟表上不同的时刻。

　　但是同一时区内，纵使靠近东边的你比靠近西边的他更早看见日出，你们的手表也要显示统一的时间点。

　　所以，飞机在飞行的2个小时，没有发生时空穿越或者时空跳跃，只是下飞机后的时区换了，手机上的时间也可能已经自动更新到新时区的时间了。

　　双生子吊诡

　　天上一日，地上一年。在神话电视剧里，有神仙的长生不老。

　　一对孪生兄弟，A留在地球，B随着一宇宙飞船去太空旅行。根据移动时钟的时间膨胀现象，高速运动的物体上的时钟会变慢。A想，未来，他一定会看到一个比自己年轻的B。


飞船上的B


地球上的A

　　可是，B觉得这不可思议，他认为相对于B的宇宙飞船，地球是在加速远去，所以，在地球上的A才是应该老得更慢。

　　真正的答案如何？该如何解释呢？

　　这个问题要首先从狭义相对论入手，爱因老爷子指出：所有观测者都有同等意义，没有任何一个参考系（frameof reference）是会获得优待的。但是，只有没有经过加速运动的惯性系中的观测者才有同等的意义。

　　虽然在B看来，A也是在加速远去，但是由于B所在的飞船会产生变速运动（加速或减速），即产生了飞船加速起飞，或者减速返航等运动，而这时候的B便不属于惯性坐标系，但A所在的地球则可以看作是处于惯性系之中。



　　所以，讨论到底回到地球之后谁变得年轻的问题，需要以没有加速过的A的视角讨论才有意义。因此，相对于地球，B处于高速运动状态。运动中的钟表会变慢，所以，B注定会更加年轻。

　　而到底B会年轻多少？这就要看B以多快的速度运动了。大家不要意外，因为时间膨胀并非是个疯狂的想法，它已经为实验所证实。

　　能直接体现
相对论效应导致时间变慢的最好的例子，是对一种称为“
介子“的亚原子粒子的寿命的观测。一个介子地衰变需要多少时间可以被非常精确地测量出来，但是结果却显示出两种不同地寿命――
一个以接近光速运动的介子比一个静止或缓慢运动的介子的寿命要长。

　　虽然从运动的介子自身来看，它并没有存在更长的时间，这是因为从它自身的角度看它是静止的。但是
在这里从介子自身观测的时间是没有意义的，而且也是处于其他参考系的时钟是无法测量的，所以当从相对于实验室的角度看该介子， 我们会发现它的寿命已经改变了。




　　那么，我们该如何从理论上解释“时间变慢”呢？

　　不安寂寞的爱因老爷子自建立了狭义相对论后，一直被两个问题困扰：第一个是引力问题，第二个是非惯性系问题。后来，他冥思苦想，联想到了“等效原理”――”自由下落的参照系”不就像是“无引力情况下的惯性参照系”嘛！那就是说――引力场等同于加速度。



　　茅塞顿开的爱因老爷子得出了一个重要结论：任何参考系都是平等的，不管静止的、运动的、还是在引力场中的，任何一个参考系都不会改变你对世界的看法和对自然规律的表述。

　　等效原理表明，既然非惯性系中的惯性力可以看作是惯性系统中的引力，那么经过一些适当形式的变换，狭义相对论的“相对性原理”在非惯性系中也同样可以适用。相对性原理从惯性系扩展到一切参照系，变成了广义相对论。

　　
我们发现，如果运动速度很高，我们现阶段的计时方法就会出现计时变慢。这是因为任何物质都是由高速运动的微观粒子组成的，当物质速度影响到它的所有微观粒子速度时，就会相应的改变它的宏观物理属性，比如电子表晶振频率下降导致计时变慢、原子钟的基准原子辐射频率下降导致计时变慢、机械表的震动变慢导致计时变慢。同理，当人体的新陈代谢变慢了，衰老也就被延缓了。

　　
根据等效原理，既然高速行进的物体使时间变慢，那么强引力场也同样会使时间变慢，所以地面上的时间会比高空中的时间慢。但是，引力使时间变慢的效应是非常微弱、难以探测的。科学家们又无计可施了，因为他们找不到足够精度的钟表来测定它。



　　一直到了五十年代末，德国物理学家穆斯堡尔因为在核物理中发现了穆斯堡尔效应，提供了一种将原子核作为极其灵敏的时钟的方法。1959年，哈佛大学的庞恩得和雷布卡发现，可以用这种时钟来检验广义相对论。他们具体怎么做的呢？

　　早先人们发现，原子会按一定频率发光，所以测量光的频率就能测定时间。如果引力能使时间变慢，那么引力场内的原子所发出的光就会频率变低、波长变长，即发生红移（爱因老爷子称之为“引力红移”。）但是，因为原子所发射的光的频率非常复杂，因而无法测量非常微弱的时间变化，SO，巧妇难为无米之炊，实验不得不搁浅。



　　而穆斯堡尔发现，放射性同位素能发射频率非常准确的γ射线，而这个精度足以用来测量地球表面的引力红移。在哈佛大学的杰弗逊物理实验室中，庞恩得和雷布卡通过实验发现，频率的降低和爱因斯坦所预言的完全一致。1965年，庞恩得的再次实验得出完全相同的结论――引力能使时间变慢。

　　这时候，关于时间变慢的问题已经有了很明确的结论了――速度大的时候，时间变慢；引力越强，时间也变慢。

　　时间与运动，又为何会在快与慢的抉择中纠缠不清？

　　而快与慢，好似势不两立，却又惺惺相惜。

　　无限的宇宙，因为相对论的提出而更加清晰。

　　我们知道了：宇宙是动态的，膨胀的。

　　似乎它已存在了无限久远，但是否会在有限的时间内终结？

　　这就是我们研究方向之所在。