时间错位(时间错位现象)

让我问你一个问题。时间是什么？你可能觉得这个问题很简单，因为我们在日常生活中几乎每天都在使用时间，有时我们浪费时间，有时我们节省时间。时间对我们来说太熟悉了。但是当你回答时间的定义时，你会发现很难回答。因为看似熟悉的东西其实很陌生。

时间时间

对于时间，给我们的第一感觉是，时间像一条河流，绵延不绝，时间的方向只有一个，就是指向未来。但是，随着科学家对时间的深入研究，他们实际上发现时间可能并不总是像刚才描述的那样处于流逝状态，时间也可以加速和减速。这是怎么回事？

首先，虽然我们不能直接看到时间，但我们可以测量它。早在几千年前，人类就发明了各种测量时间的方法。比如古人用日出日落来衡量一天有多长。古人还把一年分为24个节气，这样就能准确知道什么时候开始播种，什么时候开始收获。当然，古人也可以发明沙漏来记录某一段时间。

沙漏沙漏

但是这些对时间的测量有一个共同的特点，就是都利用了某种周期性的运动。比如日出日落，二十四节气交替往复，沙漏重置等。，都是周期性运动。因此，我们对时间的把握与物体的运动周期密切相关。

但是这里有一个很严重的问题，就是如果某一天物体的运动周期突然发生了变化，比如下一个周期的时间比前一个周期的时间短，那么我们对时间的测量就会出现误差，我们现在还检测不到这种变化。所以为了尽可能的避免这种情况，我们只能尽可能的使用周期更短的机芯，比如最精密的铯原子钟，每秒钟可以周期性移动90亿次。但是无论我们测量时间有多精确，我们都无法揭示时间的本质。所以，第一个问题就产生了。时间是客观的还是人的主观感受？

周期运动周期运动

其实很久以前，人们就意识到了时间的存在。例如，在东半球的国家，早晨比西半球的国家来得早，所以每个地区都有自己的时间。但是，当这些区域需要相互连接时，就需要统一各个区域的时间。如果允许每个地区使用自己的时间，会造成时间的混乱，造成一些灾难。所以每次从一个地区转移到另一个地区，都要切换时间，所以就有了时差的概念。

但是时间有一个特性是无法改变的，那就是时间在各个区域流逝的速度是绝对相同的，不会出现A区1小时等于B区2小时的现象，这是牛顿对时间的描述。牛顿认为时间是客观存在的东西，它的流逝速度在任何情况下都是不变的，移动的物体不会影响时间的流逝速度。

牛顿牛顿

换句话说，牛顿认为宇宙中存在所谓的标准时间。如果每个人都按照标准时间计时，就不会有混乱。牛顿的时间观空符合我们的直觉，但是瑞士专利局的一个普通职员却质疑牛顿的时间观空。他就是著名的爱因斯坦。

当时有一个世纪难题是谁也解决不了的，那就是为什么光相对于任何一个参考系都是每秒30万公里？在爱因斯坦的时代，人们的科技已经发展到可以精确测量光速。但是有一个奇怪的现象，就是速度叠加公式在遇到类似光的东西时突然失效。上一期讲了一个实验。假设此时地面上有一个测速仪，有一列火车以每秒100米的速度驶过，火车里的一个人也以每秒2米的速度向机车方向跑去。请问火车里面的人，地面上的仪器测出的速度是多少？根据牛顿的速度叠加公式，一定是火车的速度加上人跑的速度，所以等于每秒102米。

速度叠加公式速度叠加公式

也就是说，虽然人在火车里奔跑的速度是每秒2米，但只要人一直在火车里，火车就会给人速度的加持。但让科学家感到奇怪的是，如果此时把火车里面跑的人换成光，也就是用手电筒在火车里面照一束光，却发现地面上的仪器显示光速并没有增加，仍然是每秒30万公里。为什么火车遇到光就不能加持速度？

当时很多科学家都无法合理解释这种现象。有人提出以太说，说宇宙中有一种物质叫以太。一旦物体高速运动，就会和以太发生碰撞，从而减缓你的速度。所以任何有质量的物体都达不到光速。但有了迈克尔逊-莫雷实验的结果，证明了以太不存在。最后，爱因斯坦以他独特的智慧完美地解决了这个问题。

迈克耳逊莫雷实验迈克尔逊-莫雷实验

爱因斯坦认为，要解释这一现象，我们只需要改变人们对时间的认知。原来时间在每个地方流逝的速度是完全一样的，所以宇宙中有所谓的标准时间，直觉告诉我们时间和运动物体无关。但是爱因斯坦认为时间与运动的物体密切相关。当一个物体在空维度上有了速度，那么在时间维度上就会失去速度。

也就是说空之间的速度和任何物体的时间速度不可兼得，就像鱼和熊掌不可兼得是一个道理。当你还在地面上的时候，你在空之间的速度是0，但是时间速度是最大的，也就是光速c，当你在火车上的时候，你在空房间里有一定的速度，那么你在时间里的速度会降低，换句话说，你的时间会走得慢一些。

光速光速

有了这些知识，我们再来看看刚才的场景。我们假设此时火车的速度接近光速，火车里面的人还在往前跑。根据经典的牛顿速度叠加公式，可以得出结论，只要这个人在火车内部跑一点速度，加上火车的原始速度，最后的结果完全有可能超过光速，对吧？但是请回头看看爱因斯坦刚才对时间的描述。任何事物都不可能同时拥有时间的速度和空的速度。

由于这个人已经在火车里，即使不动，也已经有接近光速的速度了。既然他空之间的速度如此之大，说明时间的速度一定很小。这个时候他的时间几乎停止流动，所以他在火车里根本跑不出一个额外的速度，这就使得两者之和超过了光速。而这就是为什么任何有质量的物体都不能超过光速，因为时间会阻碍你超过光速。这也意味着，如果此时火车已经达到了光速，那么火车里面的人的时间就完全静止了，这个人的空的速度就是光速，时间速度为0。这就是相对论中著名的“时间膨胀效应”。

火车火车

也许你有一个疑问，物体高速运动的时间会变慢。这种现象真的客观吗？听起来有点异想天开，不像科学？有证据证明吗？当然，早在1971年，人们就做过一个实验，拿出两个一模一样的原子钟，一个放在地上，一个放在飞机上。飞机飞了一段时间后，回到地面，再把两个原子钟拿出来对比。你会发现飞机上的原子钟确实比地面上的慢，两者的时间差是十亿分之一秒。

这个实验第一次证明了爱因斯坦关于相对时间空的观点，而且完全正确。也许在这里，你会觉得两个钟的时间差这么小，难道不是实验仪器的误差造成的吗？其实你要明白，最精密的铯原子钟每秒钟可以周期性运动90亿次，所以面对刚才的时差，原子钟完全可以精确测量，不存在仪器误差。此外，这个实验已经由许多科学家小组用各种原子钟进行了测试。如果真的是失误，不可能这么巧合。所有团队得出的误差是十亿分之一秒。

爱因斯坦[人名]阿尔伯特·爱因斯坦(犹太裔理论物理学家)

但如果移动物体的时间会变慢，那是不是意味着只要一直坐在移动的火车里，我就可以变得更慢？其实大家长期受牛顿绝对时间空观的影响，都忘记了万物运动都需要选择一个参考系的事实。

这个时候，如果我在一辆高速行驶的火车里，以地面为参照系，地面上的人肯定会认为我在动。但如果把火车里的人作为参照系，他们会认为我不是在运动，只是坐在沙发上。所以同样的物理过程，当参考系改变时，有人说它在动，有人说它不动。其实大家都是对的，没有所谓的标准答案。

运动的火车运动列车

所以当我坐在火车里的时候，比起地面上的人，我的时间真的慢了下来。但与和我同一个车厢的人相比，没有时间上的变化。也就是说，时间的这种变慢效应与所选择的参照系有很大关系。但是为什么这种时间的可变性几千年来都没有被人类发现呢？事实上，根据洛伦兹变换，只有当物体的速度接近光速的1/10时，这种时间膨胀效应才会非常明显。所以在人类文明能够测量光速之前，根本没有机会发现时间的这种膨胀效应。

有了以上的理论知识，我们就掌握了狭义相对论的核心，而爱因斯坦的理论之所以被称为相对论而不是绝对主义，是因为时间的概念会因为参照系的改变而改变。每当你谈到时间，就必须解释它相对于哪个参照系，这也是爱因斯坦理论中“相对”一词的内涵。

爱因斯坦[人名]阿尔伯特·爱因斯坦(犹太裔理论物理学家)

所以同样的物理过程，换到参考系A可能需要2秒，换到参考系B可能需要2年，大家都没错。没有标准答案。这意味着宇宙中不存在所谓的标准时间。每个运动的物体都有不同的时间流逝速度。但时间的奥秘远不止于此，因为上述理论虽然说明了时间的流逝可以变得更快更慢，但并没有解释时间是否可以倒流。这个话题我后面会解释，欢迎大家在评论区留言。