“天上一日，地上一年”，是一個(gè)從古至今廣為流傳的俗語(yǔ)。明朝的吳承恩將它寫進(jìn)神魔小說(shuō)西游記的故事設(shè)定中，又進(jìn)一步推進(jìn)了這句話的流傳程度?？晒湃耸窃趺粗捞焐弦惶?，地上一年的呢？這句話中有沒有科學(xué)道理呢？

天上一天，人間一年

古代理論：

在古代，君權(quán)神授的思想使得古人對(duì)天高度重視。各朝各代都有設(shè)立天文官，他們居于廟堂之高，唯一的職責(zé)就是每天晚上看星星。久而久之，就有人發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇特現(xiàn)象，當(dāng)天觀測(cè)到的星空布局，總是會(huì)比上個(gè)月的同一日晚兩個(gè)小時(shí)出現(xiàn)。

天文官的使命

例如：在6月8日晚上7點(diǎn)觀測(cè)到的星空布局，會(huì)在7月8日晚上9點(diǎn)出現(xiàn)。這些天文官就想，地上過去了1個(gè)月，天上的星星卻只走了1個(gè)時(shí)辰即現(xiàn)在的兩小時(shí)。那么，天上的1個(gè)時(shí)辰不就和地上的1個(gè)月相等。一天有十二個(gè)時(shí)辰，天上的一天不就是地上的一年嗎？按照當(dāng)時(shí)的科技水平這個(gè)理論非常正確！

星空布局

現(xiàn)代科學(xué)原理：

現(xiàn)代也有科學(xué)原理，可以證明古人猜想的可能性，那就是愛因斯坦的相對(duì)論。狹義相對(duì)論的核心是光速是恒定不變的，所有物體的運(yùn)動(dòng)甚至?xí)r間本身都必須與之相對(duì)應(yīng)。由此，愛因斯坦提出時(shí)間是相對(duì)的，你可以理解為宇宙中沒有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間，人與人之間的時(shí)間是有差別的。

狹義相對(duì)論的思考

這里我們引入經(jīng)典的火車實(shí)驗(yàn)

如果密碼哥坐在行駛的火車上，另一個(gè)觀察者小百在地面，同時(shí)有兩束光在相同的距離分別照向車頭和車尾。在小百看來(lái)，這兩束光同時(shí)到達(dá)車頭和車尾，而在密碼哥看來(lái)車頭的光先到達(dá)，在小百看來(lái)同時(shí)發(fā)生的兩件事，在密碼哥看來(lái)卻不是同時(shí)發(fā)生的，這就是時(shí)間的相對(duì)性。

火車實(shí)驗(yàn)

接著我們引入兩個(gè)概念，引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量。

慣性質(zhì)量簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)所受的力。比如，電梯上升所需的向上的拉力，或者物體加速時(shí)所需的動(dòng)力，引力質(zhì)量就是物體在天平上的重量。根據(jù)愛因斯坦在廣義相對(duì)論中提出的等效原理，引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量是等效的。運(yùn)動(dòng)速度越大，慣性質(zhì)量越大，引力質(zhì)量也就越大。兩者綜合起來(lái)就可以得到時(shí)間膨脹效應(yīng)，那就是物體質(zhì)量越大，它附近的時(shí)間流逝越慢。

慣性質(zhì)量

為了便于理解，在引入一個(gè)例子：

人站在蹦蹦床上時(shí)，人的質(zhì)量越大，蹦蹦床向下凹陷的程度就越大。當(dāng)光在凹陷的部分運(yùn)動(dòng)時(shí)，光運(yùn)動(dòng)的最短路程不再是直線而是曲線，這樣光運(yùn)動(dòng)的路程就增加了。

速度等于路程除以時(shí)間，為了使光速保持不變，就必須增加光運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。凹陷程度越大也就是人的質(zhì)量越大，光走過的路程越遠(yuǎn)，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越長(zhǎng)，這就是時(shí)間膨脹效應(yīng)。

時(shí)間膨脹效應(yīng)

電影《星際穿越》中，就是巧妙地運(yùn)用時(shí)間膨脹效應(yīng)，制造出驚艷的科幻視覺效果。男主從超大質(zhì)量黑洞附近的米勒行星，回到太空中的飛船上時(shí)，他的女兒已經(jīng)從小女孩變成大姑娘了。之后男主進(jìn)入超大質(zhì)量黑洞又出來(lái)時(shí)，他的女兒已經(jīng)變成了古稀老人了，這種奇妙的現(xiàn)象。

《星際穿越》海報(bào)

那么如何運(yùn)用相對(duì)論，解釋天上一天地上一年的科學(xué)性呢？

這里運(yùn)用到愛因斯坦的鐘慢公式，當(dāng)天庭的運(yùn)動(dòng)速度等于光速時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)天上一天地上一年。中國(guó)古代長(zhǎng)期領(lǐng)先世界的天文學(xué)，使得古人更早地對(duì)宇宙奧秘進(jìn)行猜想。而愛因斯坦的相對(duì)論，不僅可以幫助我們對(duì)這些猜想進(jìn)行科學(xué)的理解，還被運(yùn)用到實(shí)際生活當(dāng)中。比如全球GPS定位系統(tǒng)，將時(shí)間膨脹效應(yīng)運(yùn)用其中，可以減少數(shù)十公里的定位誤差。同時(shí)，也對(duì)人類探索宇宙，提供了理論基礎(chǔ)。

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