时间并非我们想象中那样恒定不变,它其实是一个可以被"拉长"或"压缩"的量。
而这一切的源头,要追溯到1905年那位在瑞士专利局工作的年轻人。

1905年,爱因斯坦发表了狭义相对论。这个理论可以说是颠覆人们认知的科学理论,因为根据狭义相对论,时间会随速度的增大而减慢。
也就是说,我们每个人的时间其实都是不同的。时间并不是绝对的固有属性,它是会变的,谁的速度大,谁的时间就变慢。
这完全是颠覆认知的存在,因为在人们的感知中,时间就是固有属性,它是不会改变的,每个人的时间流逝应该是一样的。所以这也就给狭义相对论画上了一个疑问:狭义相对论说的是真的吗?时间真的会变慢?这个效应有没有得到实验的验证?

其实回望19世纪末到20世纪初那段科学史,就不难理解爱因斯坦为何会得出如此惊人的结论。
当时,"以太"假说的破产以及麦克斯韦电磁理论的大规模应用,把整个物理学推到了一个必须重新审视时空本质的十字路口。
正是身处瑞士专利局的这位小职员,以"光速不变且不可被超越"作为切入点,重新打量了我们所处的宇宙,才发现"时间"其实并不像人们直觉中那样客观。爱因斯坦意识到,在近光速运动状态下,以及在强引力状态下,时间的流逝速度是要远远慢于地球表面上的。
而对于真正达到光速的光子来说,时间对它甚至根本不存在——它永恒地"冻结"在同一个瞬间。这也就是为什么标题里说"光速飞行一年,地球已过去千万年"并非科幻,而是理论推演的自然结果。

对于相对论的钟慢效应,说实话,这的确很难验证。因为我们平常生活中的速度都是低速状态,而低速表现出的钟慢效应则非常小,用平常的计时精度,根本不可能测出这样微小的时间变化。
所以自从1905年狭义相对论提出,直到高精度的计时器——铯原子钟出现后,钟慢效应才得到实验的验证。1949年,世界第一台铯原子钟出现,这是人类迈入高精度计时的开始。
自原子钟出现,科学家就把一秒的时长定义为铯原子跃迁九十多亿次所需的时间,可见原子钟的精度之高。也是自此,科学家认为,我们已经有能力去验证狭义相对论所说的时间变慢效应了,于是也就有了1971年的这次实验。

1971年,美国的两位科学家哈菲勒和基廷,就是以这样高精度的铯原子钟来验证相对论所说的钟慢效应。
他们先后两次从华盛顿的机场出发,乘坐一架民航客机做环球航行,一次是自西向东飞,一次是自东向西飞,飞行时速为800公里左右。
两次飞行的时间,一次用时65小时,一次用时80小时。落地后,他们与地面上的铯原子钟进行比较,结果发现飞机上的铯原子钟比地面上的铯原子钟的确变慢了,慢了59纳秒。一纳秒是十亿分之一秒,差异虽然很小,但确实存在,而这一结果与相对论计算的结果十分相符。

还有就是科学家根据粒子的衰变来诠释相对论的钟慢效应,其中一个实验就是μ子的衰变。粒子的衰变也就是粒子的寿命。
科学家经过实验发现,静止μ子的寿命大约是2.2微秒,而当它们以0.9994倍光速运动时,其寿命会延长到63.5微秒。也就是说,以接近光速的速度运动,时间膨胀效应是非常明显的,它们的寿命延长了三十多倍,这一结果也证实了相对论的钟慢效应。
μ子实验其实在日常生活中也留下了痕迹,宇宙射线撞击大气层顶端产生的μ子,如果按照静止寿命来计算,它们根本不可能穿越几十公里的大气层抵达地面,早在半路上就该衰变殆尽。
然而地面探测器却能大量捕获它们,唯一合理的解释就是:对于以近光速冲下来的μ子而言,时间流逝得极其缓慢,几十公里的旅程在它自己的"钟表"上不过是一瞬。这也从另一个侧面印证了爱因斯坦的判断——时间确实是"相对"的。

所以,尽管相对论听着很是不可思议,颠覆了人们的认知,但它的确是经过科学考证过的,时间也的确存在相对论所说的钟慢效应。那为什么时间会随速度的增大而减慢呢?
早在1908年,也就是相对论发表后的第三年,爱因斯坦的老师闵可夫斯基就对狭义相对论做了解释。他用更加简洁的理论阐述了狭义相对论。
他根据相对论把时间和空间结合到了一起,也就是四维时空,人们称这个为闵氏时空。根据闵氏时空,物质时间的快慢和空间中的速度是有联系的,它们的合速为光速。
意思就是,如果物质在空间上没有速度,也就是空间运动的速度为零时,那么它的全部速度将作用在时间上,那么这时的时间则是以光速在运动。而一旦这个物质在空间上有速度时,作用在时间上的速度就会减少。

因为它们的合速为光速不变,所以减少的这部分速度就作用在了空间运动上。所以一旦空间上的速度达到光速时,时间的速度就为零,这就是闵氏时空。通过这个解释,人们也就可以很清晰地了解到狭义相对论的钟慢效应它到底是怎么一回事。
从闵氏时空的角度回看开头那个假设就更加清晰了:当一个人真的能贴着光速飞行时,他在空间维度上"透支"了几乎全部的速度额度,留给时间维度的份额就趋近于零。于是他自己感觉飞行了一年,地面上的钟表却可能已经走过了成千上万年。
这不是科幻夸张,而是把速度这个变量代入公式后的必然结果,也是"光子眼中时间不存在"这句话背后的几何图景。

而闵氏时空又分为类时线、类光线以及类空线。
类时线就是我们生活的这条时间线,是低于光速的时间线;类光线就是等于光速的时间线;类空线则是大于光速的时间线。但理论上,类空线是禁止存在的,也就是无法通过类空线实现时光穿越。
但是,闭合类时线,有的科学家认为是存在的。闭合类时线就是我们生活的时间线首尾相接,也就是能从未来回到过去,也就可以实现时光穿越。而这个闭合类时线,科学家认为在克尔纽曼黑洞中应该是存在的。
当然,这只是理论猜测,因为黑洞中的事情,我们也没有办法去验证,除非存在裸奇点或裸奇环。

时间不是宇宙的绝对背景,而是与速度、引力紧密纠缠的一个变量。它不是虚无,却也不是绝对的实在。
人类用越来越精密的实验,一次次把爱因斯坦的判断钉在了事实上。所谓"光速飞行一年,地球千万年",本质上是把时间这个变量推到极限时呈现出的必然图景,而不是想象出来的奇观。它告诉我们,宇宙远比日常直觉所能感知的更奇妙,也更冷酷。
至于能否借助克尔纽曼黑洞里的闭合类时线真正实现回到过去,那扇门目前只在纸面公式中被推开一条缝,而门后的风景,还要留给未来的物理学家去继续追问。
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