透過望遠鏡從地球觀測水星,我們會發現水星自轉一圈的時間是58天15小時30分。但是,如果我們前往水星並在那裡開啟計時器,我們對水星自轉一週的時間會有不同的答案。這是因為時間受速度和引力的影響,水星的軌道速度比地球大得多,並且它更靠近太陽這個巨大的引力源。相對論效應對水星的影響有多大?如果我們生活在水星,我們能活到難以置信的年齡嗎?讓我們從基礎講起。
時間膨脹
正如愛因斯坦狹義相對論所指出的那樣,我們在太空中旅行的速度越快,我們的時間就會流逝得越慢。如果有一天,我們利用某種方式以光速旅行,那麼時間就會停止為我們流動。如果我們要前往一個距離地球4光年的天體,對於地球上的人來說,我們要4年後才能抵達。而對於我們來說,看起來就好像瞬間到達了目的地。
儘管這看起來不可思議,但科學家已經用實驗檢驗了該理論。其中一個實驗使用了兩個時鐘,一個放在飛機上,另一個固定在地面。當飛機繞了地球一圈又飛回來時,他們發現兩個時鐘經歷的時間不一樣,飛機上的時鐘走得更慢,這與狹義相對論的預測相一致。
除此之外,廣義相對論也預測了引力會影響時間。如果你離一個引力源越近,並且引力源的質量越大,那麼你的時間就會過得越慢。1959年,龐德-雷布卡實驗證實了這一理論。在實驗中,他們從一座高層建築的頂部向底部發射伽馬射線,並記錄光波是否發生了變化。他們發現,離地球越近,波的頻率就越高,也就是說伽馬射線越接近地球,時間就會越慢。
是的沒錯,地球的引力足以讓我們的時間變慢。因此你可能會想,如果我沒有在地球,或者地球沒有引力,那麼時間會快多少?從你的角度來看,時間的流逝總是一樣的,你不會覺得自己的時間變快了。但是,外部觀察者必須處理這種影響,為此愛因斯坦提出了引力時間膨脹公式。
計算結果
所以,為了找出地球上的時間比沒有引力的地方慢多少,我們只需要知道地球的質量(5.972×10²⁴千克),我們離地心的距離(6371公里),然後我們就可以決定想要比較的時間。在這裡,我們用60秒來試一下這個公式。如果不受引力的地方過了60秒,根據這個公式,地球上的人只經歷59.99999996秒。換句話說,在我們注意到4秒的差異之前,必須經過60億秒的時間,差不多等於190年。實際上,與沒有引力的地方相比,地球的引力會讓你多獲得大約2秒的壽命。
然而,我們在地球上不僅受到地球引力的影響,我們還受到太陽引力的影響。根據上述方程,我們再計算一遍地球受太陽引力影響的時間膨脹:不受引力影響的地方過了60秒,則地球實際過了59.9999994秒。這個數字意味著每3年我們就會多出1秒的壽命,如果一個人活了72歲,那麼他就多了24秒的壽命。
水星比地球更接近太陽,與地球相比,這裡的時間肯定發生了顯著的變化,因為有太陽這樣的龐然大物在附近。在水星上時間慢了多少?根據計算,不受引力的地方過了60秒,水星上的時間過了59.9999990秒,需要經過6千萬秒才會有一秒的差距,也就是每1.9年的時間才會差一秒。同樣,如果一個72歲的人,那麼他就會多大約38秒,只比在地球上多出了14秒。
