速度|爱因斯坦是怎么知道引力能让时间变慢的？
爱因斯坦曾经预测过“引力时间膨胀”现象 ， 他认为一个物体受到的引力越大 ， 其经历的时间就越慢 。 后续的研究表明 ， 他的预测是正确的 ， 早在1960年 ， “庞德-雷布卡实验”就首次证实了“引力时间膨胀”的存在 ， 而时至今日 ， 我们使用的全球定位系统也必须根据“引力时间膨胀”来进行时间校正 。
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那么问题来了 ， 爱因斯坦是怎么知道引力能让时间变慢的呢？
01
光速不变原理
不得不说 ， “引力时间膨胀”有点令人感到困惑 ， 因为在我们的印象中 ， 引力应该只作用于具有质量的物质 ， 而时间并不是物质 ， 根本就没有质量可言 ， 那为何引力却能让时间变慢？要回答这个问题 ， 我们需要从“光速不变原理”讲起 。
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简单来讲 ， “光速不变原理”是指无论你在哪种参照系中观察 ， 光在真空中的传播速度都是一个恒定不变的常数（c） ， 并不会因为光源和观察者所在参照系的相对运动而改变 。
意思就是说 ， 无论你处于相对真空中的一束光是什么运动状态 ， 你观察到的这束光的速度始终都是c ， 比如说假如你以10%的光速迎着真空中的一束光运动 ， 那么你观察到这束光的速度仍然是c ， 而不是1.1c ， 而假如你以同样的速度与真空中的一束光做反向运动 ， 那么你观察到这束光的速度也是c ， 而不是0.9c 。
“光速不变原理”是科学家通过理论和实验得到的 ， 这也是狭义相对论的公设之一 ， 根据这个原理 ， 我们就可以通过一个思想实验来推测出 ， 速度能让时间变慢 。
02
光子钟实验
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上图为一种“光子钟”的简化模式 ， 在光子钟之内是真空状态 ， 光子可以在两面互相平行的镜子之间以真空中的光速（c）不断地垂直反射 ， 所以光子每完成一次反射的时间都是“h/c”（注：h为两面镜子间的垂直距离） 。
现在我们取两个这样的光子钟 ， 一个放在地面上 ， 称为“光子钟A” ， 另一个则放在一艘相对于地面高速运动的宇宙飞船上 ， 称为“光子钟B” 。 在这种情况下 ， 如果将地面作为静止参照系 ， 那么放在“光子钟B”内的光子就会在垂直运动之外 ， 还会随着宇宙飞船的运动方向多了一个额外的运动（如下图所示） 。
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