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根據相對論,飛機上的時間流逝比地面慢?坐飛機可以延緩衰老嗎

1905年, 愛因斯坦提出了4篇具有開創性的論文, 在這四篇論文中, 最後兩篇尤其顛覆三觀, 後來被合稱為:狹義相對論。

愛因斯坦在提出狹義相對論時, 並沒有像很多人想像中的那樣一炮而紅, 實際上沒有引起什麼波瀾。 因為這個理論實在是太過顛覆, 以至於當時的很多物理學家都表示看不懂。 甚至連量子力學的奠基人普朗克看到愛因斯坦的論文時, 他首先是覺得愛因斯坦是一個人才, 但是他也並沒有能夠接受這樣顛覆三觀的理論。

所以, 直到廣義相對論被驗證之後, 愛因斯坦才在全世界乃至整個學術圈名聲大噪。 那麼問題來了, 狹義相對論為什麼這麼顛覆呢?

我們就列舉一點, 狹義相對論告訴我們高速運動的物體相對於低速運動的物體, 時間會發生膨脹, 也就是說, 時間流逝的速率會變慢, 我們一般將這種情況稱之為:鐘慢效應或者時間膨脹效應。

這其實和我們日常生活中的直接是不同的, 比如, 一個人跑起來後, 就比沒有跑步的人時間流逝更慢嗎?如果是, 我們應該可以感受到, 可事實上, 我們並沒有感受到, 因此狹義相對論是很反直覺的。 所以, 一開始並沒有什麼人願意承認愛因斯坦的狹義相對論是正確的。

相對論的鐵證:2組銫原子鐘

後來我們也知道, 狹義相對論乃至廣義相對論都已經成為了現代物理學的支柱, 也被驗證是正確的。 那麼問題到底出在了哪裡?狹義相對論又是如何被證明是對的呢?

人類日常生活所接觸的是宏觀低速的世界, 在這個世界當中, 牛頓力學是和感官、直覺很匹配的, 因此我們才會覺得牛頓力學是無比的正確。 而狹義相對論描述的是高速狀態的情況, 這個高速指的是達到了接近於光速的速度, 光速可是3*10^8m/s, 這個速度一秒鐘可以繞地球赤道7.5圈, 是完全脫離我們直覺的速度。 我們實際上是無法判定在這樣高速的情況下到底會發生什麼, 這個時候相對論就可以被用上。

一個人跑得即便是再快, 他相對於靜止的人而言, 速度也不過超過50m/s, 這個速度遠遠低於光速, 依然是在宏觀低速下, 這時確實存在著「時間流逝慢」, 這不過這個「慢」是相當的慢, 在小數點後10多位才能體現出來, 因此我們拿表是根本測不出來這差異來的。

因此, 如果要證明相對論是正確的, 那麼只能用精確度非常高的鐘錶。 二戰之後, 人類第一個銫原子鐘被製造出來。 銫原子鐘的原理是依靠著銫原子的振動, 基態的銫-133原子在超精細能級之間的躍迀一次的週期是1/9192631770秒。

到了1954年, 科學家紮卡來亞斯讓原子鐘變成可以商用的原子鐘。 到了1967年,由於銫原子鐘足夠精確,所以科學家甚至用銫原子鐘來定義時間「秒」,也就是9,192,631,770個銫原子振動的週期就對應1秒鐘。

銫原子鐘擁有極其高的精度,幾百萬年,幾千萬年,甚至是上億年的誤差都不會超過「一秒」,是人類發明的最精準的鐘錶。有了銫原子鐘,科學家就尋思用它來驗證狹義相對論是否正確。

1970年,科學家把4組銫原子鐘調試好比並且進行校準,其中一組銫原子鐘留在地球上,另外一組安放在一架飛機上,然後讓飛機繞著地球航行,這樣持續一周,最後對兩組銫原子鐘的速度情況統計,由於引力場也會影響到時間的流逝。於是,科學家也把引力場的影響也進行了計算,並且在結果中刨去了引力場的影響。

結果,通過狹義相對論的理論計算得到的是飛機上的鐘應該變慢184納米(正負23納米),納米是10^(-9)秒,而實際上測到的結果是慢了203納秒(正負10納米),可以說理論和實驗的結果是在正常誤差的范圍以內的,這也證明了狹義相對論的理論是正確的,也就是說在高速飛行的飛機上,時間流逝得就是要比地面上慢,只是飛一周才慢200納米左右。因此,高速運動的物體確實相對於低速運動的物體,時間流逝更慢一些,所以多坐飛機不會返老還童,只是時間會流逝地更慢而已。

到了1967年,由於銫原子鐘足夠精確,所以科學家甚至用銫原子鐘來定義時間「秒」,也就是9,192,631,770個銫原子振動的週期就對應1秒鐘。

銫原子鐘擁有極其高的精度,幾百萬年,幾千萬年,甚至是上億年的誤差都不會超過「一秒」,是人類發明的最精準的鐘錶。有了銫原子鐘,科學家就尋思用它來驗證狹義相對論是否正確。

1970年,科學家把4組銫原子鐘調試好比並且進行校準,其中一組銫原子鐘留在地球上,另外一組安放在一架飛機上,然後讓飛機繞著地球航行,這樣持續一周,最後對兩組銫原子鐘的速度情況統計,由於引力場也會影響到時間的流逝。於是,科學家也把引力場的影響也進行了計算,並且在結果中刨去了引力場的影響。

結果,通過狹義相對論的理論計算得到的是飛機上的鐘應該變慢184納米(正負23納米),納米是10^(-9)秒,而實際上測到的結果是慢了203納秒(正負10納米),可以說理論和實驗的結果是在正常誤差的范圍以內的,這也證明了狹義相對論的理論是正確的,也就是說在高速飛行的飛機上,時間流逝得就是要比地面上慢,只是飛一周才慢200納米左右。因此,高速運動的物體確實相對於低速運動的物體,時間流逝更慢一些,所以多坐飛機不會返老還童,只是時間會流逝地更慢而已。

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