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第7章 空间和时间2(第4页)

当光从地球的引力场往上行进,它失去能量,因而其频率下降(这表明两个相邻波峰之间的时间间隔变大)。

在上面的某个人看来,下面发生的每一件事情都显得需要更长的时间。

1962年,人们利用一对安装在水塔顶上和底下的非常准确的钟,验证了这个预言。

发现底下的那只更接近地球的钟走得较慢,这和广义相对论正好相符。

目前,随着基于卫星信号的非常精确的导航系统的出现,地球上的不同高度的钟的速度的差异,在实用上具有相当的重要性。

如果人们无视广义相对论的预言,计算的位置会错几英里。

牛顿运动定律使在空间中的绝对位置的观念寿终正寝。

而相对论摆脱了绝对时间。

考虑一对双生子。

假定其中一个孩子去山顶上生活,而另一个留在海平面,第一个将比第二个老得快些。

这样,如果他们再次相会,一个会比另一个更老一些。

在这个例子中,年纪的差别会非常小。

但是,如果有一个孩子在以近于光速运动的航天飞船中作长途旅行,这种差别就会大得多。

当他回来时,他会比留在地球上另一个年轻得多。

这叫做双生子佯谬,但是,只是对于头脑中仍有绝对时间观念的人而言,这才是佯谬。

在相对论中并没有惟一的绝对时间,相反,每个人都有他自己的时间测度,这依赖于他在何处并如何运动。

1915年之前,空间和时间被认为是事件在其中发生的固定舞台,而它们不受在其中发生的事件的影响。

即便在狭义相对论中,这也是对的。

物体运动,力吸引并排斥,但时间和空间则完全不受影响地延伸着。

空间和时间很自然地被认为无限地向前延伸。

然而在广义相对论中,情况则完全不同。

这时,空间和时间变成为动力量:当物体运动,或者力作用时,它影响了空间和时间的曲率;反过来,时空的结构影响了物体运动和力作用的方式。

空间和时间不仅去影响、而且被发生在宇宙中的每一件事影响。

正如人们没有空间和时间的概念不能谈论宇宙的事件一样,同样地,在广义相对论中,在宇宙界限之外讲空间和时间也是没有意义的。

在以后的几十年中,对空间和时间的这种新理解是对我们宇宙观的变革。

旧的宇宙观被新的宇宙观取代了。

前者认为宇宙基本上是不变的,它可能已经存在了无限长的时间,并将永远继续存在下去;后者则认为宇宙在运动、在膨胀,它似乎开始于过去的某一个时间,并也许会在将来的某一个时间终结。

这个变革正是下一章的内容。

几年之后,它又是我研究理论物理的起点。

罗杰·彭罗斯和我证明了,爱因斯坦广义相对论意味着,宇宙必须有个开端,并且可能有个终结。

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