解读时间膨胀：黑洞附近1小时相当于地球7年，人类会永生吗？

一百多年前，爱因斯坦的相对论横空出世，彻底颠覆了人们的时空观。牛顿的绝对时空观也因此被爱因斯坦提出的相对时空观代替。

虽然绝对时空观在人们心目中根深蒂固，而且非常符合我们的日常认知，但越来越多的实验证明相对时空观的正确性。

相对论包括狭义相对论和广义相对论，前者是后者的基础，后者是前者的推广，比前者更具普适性。

相对论有一个重要的思想，那就是时间膨胀效应（钟慢效应）。速度和引力都会影响到时间流逝速度的快慢。

简单来讲，速度越快，引力越强，时间流逝速度就会越难。

从更深层去理解相对论，时间膨胀效应其实是时间，空间和物质三者之间的关系，时间和空间是密不可分的整体，简称“时空”。你不可能找到没有时间的空间，反之也不存在没有空间的时间。

同时，物质的运动会对周围时空造成影响。

物理学是非常严谨的，而相对论的整个论证过程其实是相当复杂的，涉及到非常复杂的公式，还有高等数学，看起来比较晦涩难懂。

而作为科普工作者，要做的就是把复杂的东西简单化，通俗化。尽管这样做不可避免地会出现不太严谨的地方，但并不影响我们对物理理论的影响。

回到上面的问题，速度越快，引力越强，时间就越慢。这就是对相对论中“时间膨胀效应”的通俗解释。

具体能变慢多少呢？

纯分析，能慢到接近于时间停止。

速度无限接近光速，引力足够大时（比如黑洞的史瓦西半径，也就是事件视界），时间就趋于停止！

也就是说，光速和黑洞的视界是时空结构终结的地方。

何为时空终结？

可以这样通俗理解：一旦达到光速，或者身处黑洞视界，你将身处一个完全不同的时空结构里，我们无法理解的地方。

光速，我们无法达到，因为任何有静质量的物体都无法达到光速，所以单纯地依靠速度，我们只能无限地让时间流逝速度变慢，并不能让时间停止。

速度让时间变慢的公式为：t'=t/√[1-(v/c)]

公式本身并不复杂，很好理解。t'是变慢后的时间（高速飞行的时间流逝），t是观测者的时间（低速世界），v是相对低速世界的速度，c是光速。

引力让时间变慢的公式为：t'=tx√(1-2GM/rc)

公式为不难理解。G是万有引力常数，M为天体质量（比如地球），r为物体到天体中心距离。

两个公式的推导过程相对比较复杂，这里不再详述，有兴趣的朋友可以试试看。

根据速度计算公式（第一个公式），飞行速度必须非常接近光速，时间膨胀效应才会比较明显。

比如，如果你的飞行速度达到光速的一半，时间只能变慢15%。

也就是说，你以光速的一半（相对地球）飞行一年时间，地球时间只过去了1.15年！

当速度达到光速的99%时，时间膨胀效应就非常明显了，可以达到7倍。飞行一年，地球时间过去七年！

同样地，引力也会影响时间流逝的速度。引力越强，时间膨胀效应越明显。

著名科幻电影《星际穿越》相信很多人都看过，其中就有一个重要情节，主人公在黑洞附近停留了一个小时，地球时间竟然过去了七年之久，时间膨胀了六万倍！

看到这里，可能有人会有这样的疑问：既然时间会变慢，那么人们可以因此寿命更长，甚至长生不老吗？

并不会！

相对论非常重要的一点就是“相对”两字，必须有两个不同的参照系，才能让时间膨胀效应得以体现。

假设你可以亚光速飞行（相对地球），你本身的时间（本征时间）流逝速度并不会有什么改变，如果地球上的人能看到你，会看到你的时间变慢了而已。

当然，你也会看到地球上的时间也静止了。

你们都没错，只是参照系的选择不同罢了。

那么谁的时间变慢了呢？你，还是地球上的人呢？

只能说，对比两个不同参照系的时间流逝速度并没有太大意义。正如上面所说，地球上的人都会认为对方的时间变慢了！

以后当你们重新回到同一参照系（亚光速飞行的你返回地球），才会对此出到底谁的时间变慢了，答案就是：你的时间变慢了！

这也是著名的双生子佯谬，具体推导过程不再详述，以后的文章会涉及到。

好像有点扯远了！

对于目前的人类来讲，单纯地依靠速度让时间变慢不太现实，因为速度越快，质量就越大，需要更多的能量才能继续加速，还要考虑因速度过快带来的其他问题。

而且速度带来的时间膨胀效应并不明显。

用超强引力让时间变慢也比较，我们很难在短时间内到达黑洞附近。

而有一种方式堪称星际旅行的完美方案，那就是虫洞。

通过虫洞，我们甚至不需要任何加速，就可以瞬间穿越浩瀚距离。

遗憾的是，虫洞的概念目前仍旧停留在科幻阶段，或许有朝一日人类科技足够发达，就能够制造出随意穿越宇宙空间的虫洞！