时间膨胀

定义

时间膨胀是爱因斯坦相对论预测的一种物理现象。狭义相对论表明,高速运动的物体其时间会变慢 (速度导致的时间膨胀);广义相对论则表明,在较强的引力场中时间也会变慢 (引力导致的时间膨胀)。这两种效应均已得到实验验证,是公认的物理事实。

GPS 校正

GPS 是现实中最典型的主动修正时间膨胀的系统。在约 20,000 公里的轨道高度上,较弱的引力使卫星时钟每天快约 45.8 微秒 (广义相对论效应),而约 3.87 公里/秒的轨道速度使其每天慢约 7.2 微秒 (狭义相对论效应)。每天 38.6 微秒的净校正量至关重要;如果不进行修正,定位误差将以每天约 11.6 公里的速度累积。

日常尺度

在日常速度和高度下,时间膨胀效应极其微小。时速 300 公里的高速列车每秒经历约 0.1 皮秒的膨胀,东京天空树顶部 (450 米) 与地面之间的差异约为每天 4 纳秒。这些差异小到如果没有光晶格钟就无法检测,但它们在物理上是真实存在的,在超精密计时中不可忽略。