美女与火炉：相对论中的时间奇观

既然“同时性”被打破了，每个人就不共享同一个时间，也就是说，时间对每个人来说“流淌”的速度不一样快。爱因斯坦曾幽默地描述这种差异：“把手放在热炉子上一分钟，感觉好像一小时；和一个漂亮的女孩坐一小时，感觉就像一分钟。这就是相对论。”

速度会导致时间“流淌”得更慢。为了演示这一点，我们要用到一种假想的计时器：“光子钟”。在解释“光子钟”之前，让我们先假想一座“乒乓球钟”，因为它的原理比较好理解。“乒乓球钟”如上图左所示，在一个盒子里，有一只上下反复弹跳的乒乓球。假设盒子被抽成了真空（没有空气阻力），而且乒乓球和上下两个面之间的碰撞是完全弹性的（一点能量都不损失），那么球上下一次所需要的时间就是恒定的，而且会永远弹跳下去。我们可以用它往返的次数来计时，就像用一个钟摆计时一样。

现在把乒乓球换成光子，把上下两个面换成完全反射的镜子，就做成了“光子钟”，只要数光子上下的次数就可以计时（如上图右）。

在甲看来，乙的光子钟变慢了

假想有一对孪生兄弟各有一座“光子钟”，甲待在地球上，而乙带着钟乘飞船去旅行。对甲来说，因为乙的光子钟在运动，里面的光子要飞过更远的距离才能在两个镜面间来回一次（如上图所示），因为光速永远是c，乙的光子钟运行一个周期所花的时间较长，所以较地球上慢——在甲看来，乙的时间“流淌”得较慢24。

如果乙飞行的速度是0.9c，根据爱因斯坦的狭义相对论，在甲眼里，地球上过了一年，飞船上才过5.2个月25——乙衰老得比甲慢。但在乙眼里的现实是反过来的：因为甲在运动（“乘着”地球远去），甲衰老得比乙慢。

在现实生活中，人们之间的相对速度和光速比起来极其微小，所以这种“时间流动的差异”没法察觉。在0.3倍光速（约9万公里/秒）以下，时间的差别非常接近于零。

在甲看来，乙老得较慢(www.zuozong.com)

在乙看来，甲老得较慢

速度和时间的相对论

截至2018年，最快的人造飞行器是NASA的New Horizons太空探测器，它飞离地球时的速度约为16公里/秒。假如你乘它而去，你的时间就会比地球上的我慢约十亿分之一倍，你飞30年，我们间的时间差将是大约1.35秒25。

除速度外，另一个对时间有影响的因素是重力场（也称引力场），它会导致时间变慢。地球有重力场，离地心越近的地方越强。海边的重力场相对于高山上稍强一些，海边时间运行的速度就会比山上更慢一些。这种区别也很微小，无法察觉——与山上相比，在海边生活一辈子所“获得”的时间还不到一秒钟。

全球定位卫星导航系统

世上没有任何两个人的速度和所在的重力场是永远相同的，所以每个人生活在稍稍不同的时空里——你有一个时空，我也有一个，其差别小得几乎等于零，却是大于零的。这就好比你我各有一本相同的书，相应的页面重叠在一起，肉眼看不出字与字之间的差别，所以我们误以为是同一本书。

许多人以为相对论只是个与现实生活无关的科学，事实恰恰相反，全球定位卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，俗称GPS）就是个例子。相对于地面，GPS卫星因为有速度和加速度，而且所在的重力场较小，所以必须根据相对论计算出它们和地面的时间差别，定位结果才会精准，否则全球位置的误差就会以每天大约10公里的速度累积。