沒想到吧，奇怪的知識又增加了

馬庫斯·喬恩

沒想到吧，住得越高老得越快

住在高樓里的時候要比住在平房里的時候老得快？理論上來說，這是真的。

愛因斯坦的引力定律告訴我們，引力越大的地方，時間流逝越慢。這就是著名的廣義相對論。因為，一樓比高樓層離地面更近，所受的引力也略微大一些，時間也會流逝得稍微變慢一點(diǎn)兒。

根據(jù)愛因斯坦1905年提出的狹義相對論，人與人之間的相對運(yùn)動會使時間變慢。因為，高樓樓頂比平房的移動速度快（因為地球自轉(zhuǎn)），那么樓頂?shù)臅r間相對較慢。這個現(xiàn)象的確會抵消引力減緩的平房時間。但是，狹義相對論帶來的時間減緩效果比較微弱，因此它并不會改變我們得出的事實(shí)：住在高樓頂樓要比住在平房里老得快。

然而，引力變強(qiáng)導(dǎo)致的時間延緩是細(xì)微的，所以想要測出時間究竟慢了多少，就需要借助十分靈敏的原子鐘了。

2012年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的科學(xué)家成功地測量出，站在臺階上的人的確比站在臺階下的人老得快。測量方式是將兩個超級精確的原子鐘分別放在臺階上和臺階下，然后同時計時。

那么，為什么在強(qiáng)引力條件下時間會變慢呢？這是因為1915年的時候，愛因斯坦的超級大腦發(fā)現(xiàn)引力其實(shí)并不存在。對，你沒看錯，引力就是一種幻覺。要理解這個知識點(diǎn)，你可得跟著我動動腦子了。想象有一天你在一個火箭里醒來，火箭在虛無的空間里以1g（大約為1個引力加速度）的加速度飛行。其實(shí)你沒什么感覺，你的腳還是緊貼地面，能在火箭里隨意走動，就像還在地球上一樣。你甚至感覺不到自己在加速飛行，還以為是在地面上哪個封閉的座艙里。你可能看不出這其中的玄妙，但愛因斯坦借此揭示了一個驚人的事實(shí)：引力就是加速度。你也許認(rèn)為，能夠在火箭里腳底緊貼地面，是因為有什么力向著地心牽引你，但事實(shí)上，你只是在做加速運(yùn)動，卻對此毫無覺察。

等等，這是怎么回事呢？

讓我們再次回到加速飛行的火箭里吧。這次，你要從火箭的左端，水平發(fā)射一束激光到右端。仔細(xì)觀察一下，就會發(fā)現(xiàn)射在右端墻上的光點(diǎn)，要比左邊出發(fā)時光點(diǎn)的位置更接近地面一些。因為，在光束從左邊飛往右邊的過程中，地面仍按1g 的加速度上升，等同于在按這一速度接近光束。當(dāng)然，你感覺不到任何加速度，還以為自己仍然在地球上，感受到的也只是地球的引力。那么，在這種情況下，你該如何看待光束向地面彎曲這一事實(shí)呢？

眾所周知，光在兩點(diǎn)之間只走最短的距離。就像對平原上的徒步者來說，兩個地點(diǎn)之間最短的路徑是直線;但對登山者而言則不盡然，他們認(rèn)為兩個地點(diǎn)之間最短的距離應(yīng)該是曲折蜿蜒的（想象一只高飛的鳥兒俯瞰山巒的景象）。由此可以推斷，光束之所以在火箭加速運(yùn)動時彎曲，是因為空間被彎曲了，原本“平整”的空間彎曲成了起伏的山丘。而火箭中的加速度其實(shí)與地球的引力效果相同，這就意味著，是引力彎曲了空間。事實(shí)上，愛因斯坦推導(dǎo)的理論是：引力本身就是彎曲的空間。

說得更精確一點(diǎn)兒，引力是彎曲的空間和時間。早在1905年，愛因斯坦就發(fā)現(xiàn)，空間和時間是同一個事物的兩個方面。我們無法察覺時間- 空間的彎曲，是因為它是四維的，而我們?nèi)祟愔皇侨S生物。也只有愛因斯坦這樣的“最強(qiáng)大腦”才得以一窺事物的真相。

為什么我們的雙腳能緊貼地面呢？真正科學(xué)的回答是：因為地球的時空是彎曲的。想象地球處于時間- 空間的谷底，我們都有加速下降到谷底的趨勢，但我們的下降被地表攔截了，它阻止了我們向下加速的趨勢。這就是我們感受到的引力。

引力是彎曲的時間和空間。它不僅戲弄空間，讓光束的路徑彎曲，也不放過時間，對其指手畫腳，發(fā)號施令，使其變慢。那么，為什么引力會減慢時間呢？

首先，我們假設(shè)一個理想狀態(tài)的“鐘”，由光束和兩面鏡子組成。光束在兩面鏡子之間往返。每當(dāng)光跳到一面鏡子上時，就計數(shù)一次，算作一次鐘表的“嘀嗒”。如果這個鐘是擺放在地球上的，那么兩面鏡子之間的光束不會是直線——現(xiàn)在你一定知道這個現(xiàn)象產(chǎn)生的原因了，因為地球引力會使光束彎曲。

然后，再把這樣兩個鐘分別放置到高低不同的兩個位置上。低處的鐘所受的引力比高處的更大，這是因為前者離地更近。這樣一來，兩面鏡子間，低處的比高處的光束路徑更加彎曲。因此，低處的鐘發(fā)出的“嘀嗒”聲間隔時間更長。也就是說，低處的鐘走得比高處的鐘慢。換個說法，時間在強(qiáng)引力中走得更慢。

試想一個鐘，每當(dāng)光跳到鏡子上時就計一次“嘀嗒”聲。離地表更近的地方引力更強(qiáng)，因此空間更加彎曲。光在鏡子間所走的路程更長，時間也更長。所以，引力減慢時間。

以上舉例中，用的是廣義上的鐘表。如果引力對這個鐘有影響，那么它對其他所有鐘表都有相同效果。結(jié)論也會始終不變：引力會減慢時間。

說到這里，你可能會覺得這個知識點(diǎn)過于冷門，簡直對日常生活毫無用處。這你就大錯特錯了。衛(wèi)星導(dǎo)航和智能手機(jī)必須借助全球定位系統(tǒng)的衛(wèi)星來確定你的位置。這些衛(wèi)星上都安裝著時鐘，沿著狹長的軌道繞地球運(yùn)行。當(dāng)人造衛(wèi)星移動到離地球更近的軌道上時，受到的引力更強(qiáng)，因此它們自帶的時鐘也會慢下來。如果你使用的電子設(shè)備不能自動補(bǔ)償這種時間差，衛(wèi)星就不能準(zhǔn)確定位你的實(shí)時位置。

事實(shí)上，我們大多數(shù)人的日常生活都不可避免地踐行著愛因斯坦的廣義相對論。假如相對論是錯誤的，那么衛(wèi)星定位系統(tǒng)給出的數(shù)據(jù)，每一天都會產(chǎn)生大約50米的誤差。但實(shí)際上這一定位系統(tǒng)應(yīng)用10多年來，誤差始終保持在5米以內(nèi)。這也證明了廣義相對論的正確性。引力小的地方，時間減慢程度小;引力大的地方，時間減慢程度大。

就目前所知，宇宙中引力最大的地方是黑洞。它是大質(zhì)量恒星在生命末期瘋狂坍縮形成的無底深淵。如果你能去一趟黑洞游玩，在它視界（光和物質(zhì)進(jìn)入黑洞內(nèi)的單向膜，自此任何光或物質(zhì)都將被黑洞捕獲而無法逃脫）外側(cè)徘徊，你的時間相對于宇宙其他地方將慢到極致。如果你往外看去，你將看見整個未來，像電影快進(jìn)那樣在你眼前閃現(xiàn)。

毀天滅地的蚊子炸彈

雖然我們從未意識到，但我們真的都有超能力。

一只蚊子，和我們一樣是原子構(gòu)成的。原子里有原子核，這是我們在學(xué)校就學(xué)習(xí)過的知識。原子核就像太陽一樣在原子中央，而電子就像行星一樣圍繞著它。原子核帶正電荷，電子帶負(fù)電荷，相反電荷之間的引力作用將原子聚合成一個整體。

如果會魔法，能將一只蚊子身體內(nèi)的所有電子都取出來，那么蚊子就只剩下一堆帶正電荷的原子核了。它們彼此之間互相排斥，就會產(chǎn)生爆炸。

那么問題來了，如果蚊子就這樣爆炸，能釋放多大的能量呢？請選擇你認(rèn)為的答案：

A. 煙花棒 B. 炸藥包

C. 氫彈 D. 滅世之威

只有很少一部分人選擇了“煙花棒”或者“炸藥包”，大多數(shù)人覺得這應(yīng)該是一個別有用心的問題，所以鼓起勇氣選擇了“氫彈”。然而，答案應(yīng)該是“滅世之威”。蚊子這么一爆炸，簡直毀天滅地，其破壞力相當(dāng)于6600萬年前撞擊地球、造成恐龍滅絕的那顆一座城市般大小的小行星。

這個例子說明，能將電子和原子束縛在一起的電磁力有多么驚人。

引力看上去很強(qiáng)，你使出全力恐怕也只能跳出離地約1米的高度。然而電磁力更強(qiáng)，它不止比引力強(qiáng)10倍、百倍，甚至不止強(qiáng)百萬倍，而是強(qiáng)了100億億億億億倍。嚇你一跳吧。

準(zhǔn)確來說， 在氫原子中，質(zhì)子和電子之間的電磁力是其引力的1040倍。而氫原子是自然界中最輕的原子，由1個電子圍繞著僅含1個質(zhì)子的原子核。

那么，為什么每次你和路人擦肩而過的時候，你倆都沒能發(fā)覺對方身上如此巨大的能量呢？你需要先想想引力。只要是與引力相關(guān)的作用力，就只用考慮一件事：提供引力的物體是什么？然而在電磁力關(guān)系中，需要考慮兩件事：什么提供吸引力？什么提供排斥力？我們通常稱呼它們?yōu)檎姾膳c負(fù)電荷。而日常生活中，所有普通的物質(zhì)都是由等量的正電荷以及負(fù)電荷構(gòu)成的。也就是說，物體內(nèi)的吸引力和排斥力處于完美平衡的狀態(tài)。所以日常生活中，這無比強(qiáng)大的電磁力都恰好被中和掉了。

雖然我們通常將原子構(gòu)造簡單地理解為小型太陽系。但事實(shí)上，原子結(jié)構(gòu)更為奇怪和復(fù)雜。拿氫原子里的電子舉例，電子會根據(jù)自身能量，依照概率在原子核周圍云分布。

這也是為什么大自然一直在向我們暗示電磁力的存在，但直到近代，才有人真正發(fā)現(xiàn)這一威力巨大的力。比如暴風(fēng)中強(qiáng)勁的上升氣流將電荷分離，產(chǎn)生瞬間照亮天空的閃電。其實(shí)，科學(xué)家仍舊沒有徹底弄清楚閃電產(chǎn)生的具體機(jī)制原理。但總歸事實(shí)是，由于云和地表之間電荷分離的情況十分嚴(yán)重，分離的電荷產(chǎn)生的力將空氣中的原子都撕裂了，并向地面釋放電子，這才使天地間的電荷再次達(dá)到平衡。

那為什么說電磁力比引力強(qiáng)大1040倍呢？我們目前知道共有4個基本力將粒子束縛在一起，同時也十分懷疑這4種力其實(shí)只是一種超級力的不同表征。然而，目前我們并沒有找到一個理論，或者一個公式，能夠同時表達(dá)這些威力上相差甚遠(yuǎn)的力。

為什么電磁力和引力之間的威力相差巨大？這仍是物理學(xué)上一個懸而未決的問題。正如物理學(xué)家站在人類科學(xué)的最前端，望向一片未知的迷霧。