“天上一日，地上一年”，是一個(ge) 從(cong) 古至今廣為(wei) 流傳(chuan) 的俗語。明朝的吳承恩將它寫(xie) 進神魔小說西遊記的故事設定中，又進一步推進了這句話的流傳(chuan) 程度。可古人是怎麽(me) 知道天上一天，地上一年的呢？這句話中有沒有科學道理呢？

天上一天，人間一年

古代理論：

在古代，君權神授的思想使得古人對天高度重視。各朝各代都有設立天文官，他們(men) 居於(yu) 廟堂之高，唯一的職責就是每天晚上看星星。久而久之，就有人發現了一個(ge) 奇特現象，當天觀測到的星空布局，總是會(hui) 比上個(ge) 月的同一日晚兩(liang) 個(ge) 小時出現。

天文官的使命

例如：在6月8日晚上7點觀測到的星空布局，會(hui) 在7月8日晚上9點出現。這些天文官就想，地上過去了1個(ge) 月，天上的星星卻隻走了1個(ge) 時辰即現在的兩(liang) 小時。那麽(me) ，天上的1個(ge) 時辰不就和地上的1個(ge) 月相等。一天有十二個(ge) 時辰，天上的一天不就是地上的一年嗎？按照當時的科技水平這個(ge) 理論非常正確！

星空布局

現代科學原理：

現代也有科學原理，可以證明古人猜想的可能性，那就是愛因斯坦的相對論。狹義(yi) 相對論的核心是光速是恒定不變的，所有物體(ti) 的運動甚至時間本身都必須與(yu) 之相對應。由此，愛因斯坦提出時間是相對的，你可以理解為(wei) 宇宙中沒有一個(ge) 統一的時間，人與(yu) 人之間的時間是有差別的。

狹義(yi) 相對論的思考

這裏我們(men) 引入經典的火車實驗

如果密碼哥坐在行駛的火車上，另一個(ge) 觀察者小百在地麵，同時有兩(liang) 束光在相同的距離分別照向車頭和車尾。在小百看來，這兩(liang) 束光同時到達車頭和車尾，而在密碼哥看來車頭的光先到達，在小百看來同時發生的兩(liang) 件事，在密碼哥看來卻不是同時發生的，這就是時間的相對性。

火車實驗

接著我們(men) 引入兩(liang) 個(ge) 概念，引力質量和慣性質量。

慣性質量簡單來說，就是物體(ti) 改變運動狀態時所受的力。比如，電梯上升所需的向上的拉力，或者物體(ti) 加速時所需的動力，引力質量就是物體(ti) 在天平上的重量。根據愛因斯坦在廣義(yi) 相對論中提出的等效原理，引力質量和慣性質量是等效的。運動速度越大，慣性質量越大，引力質量也就越大。兩(liang) 者綜合起來就可以得到時間膨脹效應，那就是物體(ti) 質量越大，它附近的時間流逝越慢。

慣性質量

為(wei) 了便於(yu) 理解，在引入一個(ge) 例子：

人站在蹦蹦床上時，人的質量越大，蹦蹦床向下凹陷的程度就越大。當光在凹陷的部分運動時，光運動的最短路程不再是直線而是曲線，這樣光運動的路程就增加了。

速度等於(yu) 路程除以時間，為(wei) 了使光速保持不變，就必須增加光運動的時間。凹陷程度越大也就是人的質量越大，光走過的路程越遠，運動的時間越長，這就是時間膨脹效應。

時間膨脹效應

電影《星際穿越》中，就是巧妙地運用時間膨脹效應，製造出驚豔的科幻視覺效果。男主從(cong) 超大質量黑洞附近的米勒行星，回到太空中的飛船上時，他的女兒(er) 已經從(cong) 小女孩變成大姑娘了。之後男主進入超大質量黑洞又出來時，他的女兒(er) 已經變成了古稀老人了，這種奇妙的現象。跟天上一天地上一年的概念有異曲同工之處，更是印證了這句話具有一定的科學性。

《星際穿越》海報

那麽(me) 如何運用相對論，解釋天上一天地上一年的科學性呢？

這裏運用到愛因斯坦的鍾慢公式，當天庭的運動速度等於(yu) 光速時，就可以實現天上一天地上一年。中國古代長期領先世界的天文學，使得古人更早地對宇宙奧秘進行猜想。而愛因斯坦的相對論，不僅(jin) 可以幫助我們(men) 對這些猜想進行科學的理解，還被運用到實際生活當中。比如全球GPS定位係統，將時間膨脹效應運用其中，可以減少數十公裏的定位誤差。同時，也對人類探索宇宙，提供了理論基礎。



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