天上一天人间一年是真的吗?宇航员在月球待一天,地球过了多久?

时间的流逝

近年来不少国家都把载人登月重新提上了日程,希望有朝一日人类可以在月球上居住。如果人类在月球上生活,那这会是一种怎样的体验呢?

 

天上一天,人间一年,这似乎是我国许多神话故事中的一个设定 。那要是在月球,是否能够像神话故事里讲述的那样,并有着此番体验呢?

 

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载人登月

 

虽然我们普通人到不了月球,但从某种程度上讲,兴许还真是这种体验。这种神仙”般的日子是怎么来的?接下来会从科学的角度为大家解释这种感受。

 

时间对我们日常生活中的每个人都有重要的影响,通过感知时间的流逝变化,我们给未来制定计划,安排当天的行程。但你有没有想过,这种时间从哪里来?或者说为什么会有这种变化?

 

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月球

 

其实关于时间的感受,相信绝大数人都是靠着手机或者钟表来进行确认的。即便没有这些东西,人们判断时间的流逝则是以事物的变化和运动来判断的。

 

比如日出日落中物体的影子,夜里月球的月相变化,但我们无论用什么方式、什么手段都需要一个参照物去辨别这种动态变化。

 

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月相变化

 

说到这儿,想必有不少人会联想到爱因斯坦提到的相对论。相对论中揭示了物质与时空之间的关系,以及它们在不同运动状态下的变化。

 

时空错乱”下的月球

狭义相对论中提到,对于惯性参考系中的观察者来讲,相对于他们移动的时间在测量中会比他们的参考系中静止的时间慢。这种情况有时被称为狭义相对论时间膨胀。这种变化会随着相对速度越快,彼此之间的时间膨胀越大。如果接近光速,时间甚至会减慢到停止。

 

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时间

 

由此在这个理论上,一个非常有趣的例子就是时间膨胀中的车辆,这辆车速度足够快,那么他们在短时间里的运行,会让他们进入未来”。速度越快越明显,车内一年的时间则是车外十年的时间。

 

千万不要觉得这是在瞎说,狭义相对论的这种例子已经被各种实验反复论证,是具有实际参考意义的。现实生活中最经典的应用就是卫星导航系统。

 

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导航卫星

 

重力或加速度变化引起的时间膨胀,对地球上空的卫星就会产生微弱的影响。这种影响则表现为每隔一段时间,科学家就会纠正卫星上的时间差,虽然这种时间差非常小,通常只有几纳秒或者微秒。

 

不过这种误差也足够对观测和卫星同步造成影响了,现有的原子钟即便非常精确,但也逃脱不了这种时间偏差。对于空间站的宇航员而言,相对速度的变化也会让他们的时间变慢,不过这种变化几乎可以忽略不计,因为时间太短了。

 

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地球上空的航天器

 

即使是在太空中生活过最久的宇航员,也就比地球上的人类在时间上快了0.02秒。所以回到之前的问题上来,这对在月球上生活的宇航员来讲,这种变化是如何的。

 

从时间计算上来看,地球时间是以自身公转和自转得到的地球时间。常规意义上我们所说的时间是,也就是地球时间为24小时。较于整个天体系统来讲,地球围绕太阳公转,从恒星自转周期讲,地球时间应该是23小时564.1.秒。

 

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地球的自转与公转

 

而月球作为地球的卫星,由于潮汐锁定的原因,月球自转与地球轨道周期出现了一种同步现象。对于月球来讲,它自身的周期相较于地球、太阳,它的恒星自转周期在27.3天。

 

也就是说,如果宇航员在月球上呆一天,相当于在地球上度过近一个月,这虽然看上去没有想象的那么夸张,但仍会让人感受到宇宙的神奇。

 

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载人登月想象图

 

就时间而言,我们看待时间取决于一个参照物,这种参照对比下,月球确实是比地球慢了不少。准确地讲,这是月球时间和地球时间。要想同步对比,还得把它们放在同一参照系中。

 

这时我们就要从广义相对论上来讲了,广义相对论是引力的度量理论,同时在参考系上是非惯性参考系。广义相对论中的时空属性的变化是由重力影响所导致,由于这种影响,时空出现的变化会反应在物体运动上,而物体运动也会反作用于时空之中。

 

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广义相对论

 

这种由重力差异导致的时空变化也使得不同高度的原子钟会有不同的时间。现在再来看看地球和月球的引力,地球引力明显更大,重力表现为月球只有地球重力的六分之一。

 

这时你也许会说,既然如此,那在时间上,把1.秒折合过去不就能计算出月球的时间差了吗?广义相对论可不是一两个数字变换那么简单。事实上,如今整个宇宙模型都是以广义相对论为基础,还有其他各种引力作用和变化在影响着月球。

 

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如果想要计算到月球上的时间差异,可能得等到以后原子钟在月球上的运行才知道了。不过有一点可以肯定的是,月球的重力作用还不足以改变整个月球时间的体验,最多可能就几纳秒的差距。

 

不然当年从月球上回来的阿姆斯特朗可能真的要穿越到未来了,除了黑洞这种纯粹的引力作用扭曲出来的时空,很难有改变时间流逝的天体。

 

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深空原子钟

 

时间是什么?

那么究竟什么是时间呢?可以这么说,时间既存在,也不存在。你的时间取决于你自己,这看上去像是一个哲学问题。直到今天,人们也没有完全弄明白这种感知体验是如何来的。

 

神经科学家一直无法确定大脑中的哪个部位是负责感知时间流逝的。但人类很聪明的一点在于,我们可以将这种抽象化的概念转变为实际体验。

 

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时间

 

并且在实际的时间估算中,还算比较准确。也许是直觉,又或者借助了参考,但无论如何时间感知这种概念非常复杂。无论是人类历史文化中的形成,还是爱因斯坦的研究中。

 

 

另外在心理学上,内心体验的变化也会让我们的时间感知变得不一样。最常见的表现为,当我们感受到快乐时,总会觉得时间流逝很快。而伤心难过时,这种时间体验会被拉长放大。

 

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快乐时对时间的感知很快

 

运动表现里,人甚至会在高度专注的情况对时间表现出极高的敏感性,运动能力会变得更加优秀。特别是在一些高强度的对抗竞技运动中,比如不少拳击运动员都会有类似的经历,这种高度集中的状态让他们能够看清对手的出拳动作,就像是时间被放慢了一般。

 

但无论如何我们都知道,这种时间放慢是不可能的,并且前文已经说到,时间这种东西,本质上是一种时空概念,是运动变化本身。

 

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拳击慢动作

 

科学界每天都会对这个世界产生新的看法,每一次新的发现可能都是对人类的一种考验。生命体验留存在这时间里,使得我们能够感知到周围变化。

 

回到关于地球和月球的讨论中来,载人登月很快就会在未来5.年得到重现。这时人们将会有更多的数据去对比地月之间的时间流逝。看向月球去,似乎一切都没有任何变化,既然时间长短无法被改变,不过我们可以重新改变对时间的看法和态度。

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