在古代,君权神授的思想使得古人对天高度重视。各朝各代都有设立天文官,他们居于庙堂之高,唯一的职责就是每天晚上看星星。久而久之,就有人发现了一个奇特现象,当天观测到的星空布局,总是会比上个月的同一日晚两个小时出现。 天文官的使命

例如:在6月8日晚上7点观测到的星空布局,会在7月8日晚上9点出现。这些天文官就想,地上过去了1个月,天上的星星却只走了1个时辰即现在的两小时。那么,天上的1个时辰不就和地上的1个月相等。一天有十二个时辰,天上的一天不就是地上的一年吗?按照当时的科技水平这个理论非常正确! 星空布局

现代科学原理: 现代也有科学原理,可以证明古人猜想的可能性,那就是爱因斯坦的相对论。狭义相对论的核心是光速是恒定不变的,所有物体的运动甚至时间本身都必须与之相对应。由此,爱因斯坦提出时间是相对的,你可以理解为宇宙中没有一个统一的时间,人与人之间的时间是有差别的。 狭义相对论的思考

这里我们引入经典的火车实验 如果密码哥坐在行驶的火车上,另一个观察者小百在地面,同时有两束光在相同的距离分别照向车头和车尾。在小百看来,这两束光同时到达车头和车尾,而在密码哥看来车头的光先到达,在小百看来同时发生的两件事,在密码哥看来却不是同时发生的,这就是时间的相对性。 火车实验

接着我们引入两个概念,引力质量和惯性质量。 惯性质量简单来说,就是物体改变运动状态时所受的力。比如,电梯上升所需的向上的拉力,或者物体加速时所需的动力,引力质量就是物体在天平上的重量。根据爱因斯坦在广义相对论中提出的等效原理,引力质量和惯性质量是等效的。运动速度越大,惯性质量越大,引力质量也就越大。两者综合起来就可以得到时间膨胀效应,那就是物体质量越大,它附近的时间流逝越慢。 惯性质量

为了便于理解,在引入一个例子: 人站在蹦蹦床上时,人的质量越大,蹦蹦床向下凹陷的程度就越大。当光在凹陷的部分运动时,光运动的最短路程不再是直线而是曲线,这样光运动的路程就增加了。 速度等于路程除以时间,为了使光速保持不变,就必须增加光运动的时间。凹陷程度越大也就是人的质量越大,光走过的路程越远,运动的时间越长,这就是时间膨胀效应。 时间膨胀效应

电影《星际穿越》中,就是巧妙地运用时间膨胀效应,制造出惊艳的科幻视觉效果。男主从超大质量黑洞附近的米勒行星,回到太空中的飞船上时,他的女儿已经从小女孩变成大姑娘了。之后男主进入超大质量黑洞又出来时,他的女儿已经变成了古稀老人了,这种奇妙的现象。跟天上一天地上一年的概念有异曲同工之处,更是印证了这句话具有一定的科学性。 《星际穿越》海报

那么如何运用相对论,解释天上一天地上一年的科学性呢? 这里运用到爱因斯坦的钟慢公式,当天庭的运动速度等于光速时,就可以实现天上一天地上一年。中国古代长期领先世界的天文学,使得古人更早地对宇宙奥秘进行猜想。而爱因斯坦的相对论,不仅可以帮助我们对这些猜想进行科学的理解,还被运用到实际生活当中。比如全球GPS定位系统,将时间膨胀效应运用其中,可以减少数十公里的定位误差。同时,也对人类探索宇宙,提供了理论基础。

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