編譯：June Xu, 1949101 審 ：為光 原文作者：Joanne Kennell
引力：不只是力
看過電影《星際穿越》（2014）之後，你是否想知道電影裡那些神奇的情節是如何成為可能的呢？比如影片中展現的地球上時間過去了七年，而其他星球上僅僅過了一個小時的情節就著實令人費解。
“引力時間膨脹”效應或許可以解釋我們的疑問。——我們都知道，與同一物體距離的不同，所受到的引力大小也不同。因此，一個站在地球上的人與一個身處外太空的人的引力質量就不同，科學家發現這兩個人觀察到的同一段時間（有著相同的起點和終點）內的時間長短不同，引力時間膨脹效應就測量的是這兩個位置上的觀察者觀測到的時間量的不同。很神奇吧？簡單來說就是引力越強，時間過得越慢，這是由於引力能彎曲空間-時間維度。
讓我們這樣來考慮：時間的流逝實際上也遵循一條簡單的方程式：速度=距離/時間
光以約30萬公里/秒的速度恆定運動著。想象一下，此時有兩束光：第一束在弱引力場中從a點運動至b點,第二束在強引力場中從c點運動至d點。
在弱引力場中，光從a點前往b點時做的是直線運動；然而在強引力場中，光順著彎曲了的時空維度在同樣兩個位置之間（c點和d點）運動時，光走過的路徑變長了，因而花費的時間也相應地變長了。
“引力時間膨脹”效應對我們生活影響最直接的例子是GPS的使用。全球定位系統（GPS）衛星環繞於距離地面約20000千米的太空中，那裡受地球引力場的作用較小，因此衛星上的時鐘走得比地球上的要快。科學家們對衛星搭載的程序進行了校準，確保GPS返回地球的數據能和地球上的時間對得上。
前往太空=長生不老？
那住在一個強引力場星球上，就可以青春永駐長生不老了嗎？當然啦，理論上來說這一美好願望是可以實現的，只不過人類還無法實現
星際移民。不過即便移民到外太空，人類的壽命也不能無限延長（正常人的壽命一般在70到100之間），因時空維度彎曲能延長的壽命實在有限。那到底能延長多久壽命呢？你一定在想，二十年還是十年？要不怎麼都得增加一兩年吧？——不過恐怕你要失望了。根據美國天文學家奈爾·德葛拉司·泰森的推算，假設我們移居到木星上（這可是我們太陽系中擁有最大引力質量的星球了），我們也只能因此多活幾分鐘。
啊！還是珍惜當下吧，別想些有的沒的了~~
GPS導航系統原理是衛星向地面接收機發送一個時間信號，根據傳送和接收的時間差來確定衛星和接收機之間的距離，從而確定用戶的位置。一開始人們發現衛星上搭載的精密原子鐘走得比地球上的要快，而這種時間差正是狹義相對論和廣義相對論 效應共同作用的結果。狹義相對論認為高速運動可以使時間變慢，據此計算出導航衛星的時間比地球時間慢了7200納秒/天（一納秒等於一秒的十億分之一）。同時，廣義相對論認為弱引力環境下的時間運行得更快（也就是引力時間膨脹效應），由此計算出衛星時間應當快45900納秒/天。在兩個計算結果的綜合下，導航衛星時間每天比地球時間快38700納秒，和實際觀察到的情況基本一致。為了抵消這種誤差，GPS的工程師在衛星發射之前就調慢了原子鐘的速率。
原文作者簡介：Joanne Kennell是一名氣象學家，主攻颶風動力學方向，同時也是一個藝術愛好者。
原文鏈接：http://thescienceexplorer.com/universe/how-gravity-changes-time-effect-known-gravitational-time-dilation
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