为什么引力会使时间变慢

2025-04-08 08:54:56

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回答1：

打小我们的祖先、长辈就教导我们一定要珍惜宝贵的时间，而现实生活也告诉我们时间是连续不断的东西，它只会向未来单一的方向匀速发展，也就是说，我们没有办法找回逝去的时间，也没有办法让时间流速慢下来。时间流（变化率）被认为是宇宙的基本定律之一。即，时间流不能改变。

那么时间是什么？

时间是人为规定的一个比较抽象的概念，我们根据地球绕太阳的规律运动确定了一个恒星年，也根据地球的四季变化规定了一个回归年，这说明我们对时间的概念是根据一件事物有规律的运动总结出来的经验。也说明时间是事物的无限持续发展，从过去、现在到未来的不可逆事件。

时间是各种测量的组成部分，用于对事件进行排序，比较事件的持续时间或事件之间的间隔以及量化物质现实或有意识体验中的数量变化率。

现代物理学所说的时间与经典时间概念有很大的不同。1905年，爱因斯坦提出了相对论，即狭义相对论。这一理论改变了我们对整个时空结构和性质的看法。

现在我们要放弃我们心中对时间固有的看法，时间不仅会在我们周围的事物中流动，还会在我们体内流动。时间只以变化率的形式存在于物质内部，时间的流速在很大程度上取决于物质的相对运动。

狭义相对论下的时间膨胀

在量子水平上，例如在我们的身体内部，存在着相互作用的基本力，这些量子级的基本力以恒定的光速在所有物质内部发生着相互作用（通信），从而导致了原子，分子和细胞水平上的所有变化。因此以光速进行的相互作用就是我们观察到的时间流逝的极限。

当我们观察一个非相对运动的物体时，我们只能看到物体内部以光速传递的基本力的影响，这也是物质内部变化率或时间流逝的速度。所以不要认为一个静态的物体是完全静止的：在它内部，相互作用以光速持续地交互。事实证明，物质内部的相对变化率（时间）与爱因斯坦的光钟完全同步：

上图是一个光钟，在两个反射镜之间有一个距离，顶部的反射镜能计算接收到的光脉冲时间间隔。当我们看到一个相对于我们不动的光钟（左图）时，我们看到的时间要比相对于我们运动的光钟（右图）快，因为对于我们来说，相对于我们运动的光钟，光脉冲传播的距离更长，因此花费的时间就越长。当然相对论，我们要了解这个相对，这说的是另外一个观测着的看法，认为你运动速度快，时间减慢！但对我们来说，无论我们以多快的速度运动，我们自己时间是不会变化的，该活多少年还是多少年。所以要记住，相对论是别人的理论，跟我们自己无关。这就是狭义相对论影响事物外部和内部时间变化率的原因。

那么广义相对论的引力为啥会让时间膨胀呢？

其实不是引力减慢了时间，还是狭义相对论下的时间膨胀，只不过是直接套用了一个等效原理，等效原理是广义相对论的基础，它说的是在一个封闭电梯中，我们无法用任何实验手段分辨出电梯是在向上匀加速运动，还是处在一个静止的引力场中，这说明加速度和引力是等效的。因此狭义相对论下的时间膨胀也同样实用与引力场。当然我们还有另外一种解释。

我们知道光以恒定的速度传播。光线的能量取决于其频率，而不是其速度。但是光也受到引力的影响。这意味着，如果从大质量物体的“引力井”深处向上发射一束光线，光线从“引力井”中爬出时会损失一部分能量。

因此，假设我们站在行星的表面上发出的光线是绿色的，即600THz（太赫兹）振荡。等这束光线到达太空已经失去了一部分能量，变成了深红色的光，以400THz的频率振荡。

但是，但是光线在旅途中没有任何东西可以“消除”振荡。也就是说能量不会被创造或毁灭。因此，行星表面的人认为电磁波每秒“振荡”600万亿次，而太空中只看到每秒400万亿次“振荡”，那么唯一可能的解释是，太空中的秒数与地面的秒数长度不同。取而代之的是，根据地面上的手表，在一秒钟内产生的600万亿次摆动，在太空中需要1.5秒才能完成。同样，如果地面每秒打开和关闭光源，太空中将看到持续1.5秒的光脉冲，然后暂停1.5秒。

反之亦然：如果太空向地面发出400 THz的红光，地面会看到600 THz的绿光。在这种情况下，频率的变化对应于光线“落入”引力井时能量的增益。

因此，如果我们假设光速是恒定的，光在引力阱中获得/失去能量，我们必须得出结论，唯一可能的情况是时间在以不同的速度滴答作响。一个时钟无论是机械的还是生物的，引力越强，时间的速度就越慢。这就是引力影响时间的方式。

回答2：

狭义相对论的两个基本前提:狭义相对论原理和光速不变原理。狭义相对论的原理告诉我们，物理定律在任何惯性系统中都具有相同的形式，而光速不变性的原理则表明真空光速在任何惯性系统中都是相同的。

有了这两篇文章，我们可以推出一种叫做“洛伦兹变换”的东西。注意洛伦兹变换的前提是在两个惯性系统之间，这就是为什么许多人认为狭义相对论只能处理惯性系统之间的问题。

但事实上，随着相对论的进一步发展，科学家认为这样的方式过于狭窄，所以狭义相对论和广义相对论之间的界限被设定为时空是否弯曲，也就是说，即使非惯性系统的问题是一个问题，只要背景时空是平的，它仍然属于狭义相对论的范畴，前一段提到的洛伦兹变换不能代表狭义相对论的整个核心(洛伦兹变换只是更常见形式的特例)。

然而，我们仍然以洛伦兹变换为例。在这种情况下，我们可以推导出一种叫做移动时钟变慢的效应，即相对于静止的观测者(所谓静止的观测者，即观测者位于惯性系统中的某一点，不移动)，移动物体(如时钟)的时间比观测者的时间慢。

例如，一个经常提到的例子，双胞胎兄弟，在太空中飞翔的兄弟，在地球上等待的兄弟，问哥哥回来了，两人年龄相差多少？

答案是哥哥比弟弟年轻，因为哥哥有加速度(指四维加速度)，不是惯性系统，所以惯性系统没有等式。因此，不会有弟弟看着哥哥，认为哥哥比自己更慢更年轻。而哥哥看着弟弟，认为弟弟移动得很慢，弟弟比自己小。

第一段和第二段还说狭义相对论是广义相对论的一种特殊形式，所以广义相对论中也应该有时钟慢效应，广义相对论是一种描述重力的理论，所以自然和时空弯曲是分不开的，所以有一种时钟慢效应叫做重力。

简而言之，结果是时间和空间弯曲得越多，时间就越慢。例如，在地球表面，在不同的高度，由于不同的引力势，时间的流逝因地而异。一个典型的例子是全球定位系统卫星的相对论时间校正。

最后，补充一点:时空弯曲(重力)必须伴随潮汐效应，而相当于加速度的重力场没有潮汐效应，所以我们不能说加速物体的时间减速是由重力引起的，也就是说，孪生子问题没有使用广义相对论的前提。

回答3：

广义上的时间没有变慢，是相对！相对！相对！重要的事情要说三遍。广义相对论中认为：时间和空间并不是完全的分道扬镳。其实，时间和空间其实是纠缠在一起的，也就是所谓“时空一体”，空间的变动会影响到时间。另外，相对论中还将引力解释为时空弯曲的现象，物质(应该说是物质的质量)会弯曲时空，想象一张绷紧的膜代表时空，一个弹珠表示地球，弹珠放上去膜会自然下陷，就是这个道理。而弯曲的时空会影响时间的快慢(因为时空一体，空间弯曲从而使时间弯曲，表现为时间变慢)。因为引力随距离减弱，所以不同高度时间流逝不一样。比如，其实地球就是一部时间机器，你在一百层高楼上站100万年，你的时间会比地表快1皮秒。这么微小是因为地球质量太小了，弯曲时空不太明显。像大质量黑洞那种就可以像扯面条一样简单。所以，时间流逝得很慢。还有一个值得提示的：所谓的时间变慢不是紧指你的表和其他人对不上，你身边所有事物都会变慢，你不用担心你煎蛋时会因为时间变慢现象而煎糊，在你的参考系里，你不会感到一点变慢的迹象，而外面看来却过去了很久很久……

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