引力会让你衰老得更慢吗?

如果你在海平面上,或者你比珠穆朗玛峰顶部的人衰老得更慢或更快?

重力如何影响时间的流逝? (图片来源:Yuichiro Chino 来自 Getty Images)
重力如何影响时间的流逝? (图片来源:Yuichiro Chino 来自 Getty Images)

一个多世纪前,爱因斯坦的广义相对论颠覆了人类对宇宙的理解,从那时起,科学家们发现,时间的稳定前进绝非稳定。 广义相对论令人难以忘怀的含义之一是时间在世界上每个楼梯的顶部比在底部流逝得更快。

这种令人费解的现象之所以会发生,是因为物体离地球越近,重力的影响就越强。 而且由于广义相对论将引力描述为空间和时间的扭曲,时间本身在更高的高度和离地球更远的地方传播得更慢,而引力的影响较小。

那么,如果时间与重力有关,是否意味着山顶上的人比海平面上的人衰老得更快? 引力增加真的会使人衰老得更慢吗?

事实上,对于所有远离引力场的物体,例如地球,时间实际上移动得更慢,美国国家标准与技术研究所 (NIST) 的物理学家 James Chin-wen Chou 科罗拉多州,在一封电子邮件中告诉 Live Science。 这意味着生活在高海拔地区的人比在海平面穿越时空的人衰老得更快。

“相对而言,重力让我们变老得更慢,”Chou 说。 “与不靠近任何大质量物体的人相比,我们的衰老速度非常缓慢。事实上,对于那个人来说,我们周围的整个世界在重力的作用下进化得更慢。”

差异很小但可以衡量。 根据 NIST 的数据,如果你坐在海拔 29,000 英尺(8,848 米)的珠穆朗玛峰顶峰 30 年,你的年龄将比在海平面度过同样 30 年的时间长 0.91 毫秒 。 同样,如果生活在海平面的双胞胎分道扬镳 30 年,其中一个搬到一英里高(1,600 米)的科罗拉多州博尔德,而另一个留在原地,那么高海拔双胞胎的年龄将比他们的双胞胎大 0.17 毫秒 当他们重逢时。

在一项引人注目的实验中,NIST 研究人员使用世界上最精确的原子钟之一来证明即使在地球表面上方仅 0.008 英寸(0.2 毫米)的地方,时间也运行得更快。

“这些不仅仅是计算,”NIST 的物理学家 Tobias Bothwell和 2022 年发表在《自然》杂志 上描述该实验的论文的合著者说。 他告诉我们:“我们已经在大约人类头发宽度的距离上看到了时钟滴答声的变化。”

理解为什么大质量物体扭曲时间流逝的关键是认识到“时空”是由三个空间坐标(上/下、右/左和前/后)和一个时间坐标(过去 /未来)。 在相对论模型中,当任何具有质量的物体扭曲挂毯,将空间和时间弯曲为一个时,我们称之为重力。

“任何拥有质量的东西都会影响时空,”英国开放大学天体物理学教授安德鲁·诺顿 (Andrew Norton)在一封电子邮件中告诉我们。 在有质量的物体附近,“时空扭曲,导致空间弯曲和时间膨胀。

“这种影响是真实且可衡量的,但在日常生活中可以忽略不计,”诺顿说。

然而,当涉及到非日常情况时,这种现象——也称为引力时间膨胀——可能会变得混乱。 根据诺顿的说法,在 12,544 英里(20,186 公里)高空环绕地球的 GPS 卫星需要进行调整,因为它们的时钟在 24 小时内比这里的时钟快 45.7 微秒。

“相对论对时间流逝最紧迫的影响可能是 GPS 的准确性,”Chou 说。 “因为它们 [GPS 卫星] 正在高速移动并远离地球,所以需要仔细考虑速度和重力的相对论效应,以便我们能够高精度地推断出我们在地球上的位置。”

言归正传,很明显地心引力确实让我们衰老得更慢。 当然,这通常只是几毫秒的问题,而在海平面上畏缩并不是一个可行的抗衰老策略。 但是时间既宝贵又转瞬即逝,尤其是当远离任何有质量的物体时。

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