有人說，時間是壹個永恒的謎，每個生活在這個謎中的人都意識到時間的存在；但是沒有人能看到和抓住它。時間之謎也在物理學中形成了壹個有趣的三角形:時間需要用空間和運動來衡量。
這種時間、空間和運動的相互度量困擾了許多哲學家。然而，物理學家已經習慣於處理它了。事實上，到目前為止，物理學的許多最基本的成就都來自於這種努力。牛頓(1642 ~ 1727，英國物理學家、數學家、天文學家)對科學最大的貢獻在於他對自己的運動如何隨時間變化的數學定義——“絕對時間”；後來，愛因斯坦(Albert
愛因斯坦，
阿爾伯特·愛因斯坦的相對論時間(1879-1955德國物理學家)揭示了時間如何隨運動而變化的規律，打破了人們對這種三角關系的常識性看法，從而改變了物理學。
亞裏士多德反駁說:
亞裏士多德
世界上第壹個試圖從物理學角度確定時間與運動關系的人是古希臘著名的哲學家、科學家、教育家亞裏士多德。亞裏士多德生活在公元前四世紀，相當於中國的戰國時期。他宣布:“只有當我們掌握了運動，我們才能掌握時間。”“我們不僅用時間來衡量運動，也用運動來衡量時間，因為它們是相互定義的。”
如果亞裏士多德幾乎正確地描述了時間和運動之間的部分關系，那麽他的觀點在解釋運動的本質和原因時就成了悖論。亞裏士多德從自然界中表面的“事實”出發，認為任何運動的物體都有靜止的自然傾向，壹塊扔出去的石頭會快速滾動，最終停下來；馬車不會停下來，直到馬拉著它。
亞裏士多德由此引出了自己的理論:“運動的速度與產生運動的力成正比。”兩匹馬拉的馬車比壹匹馬拉的馬車“自然”快壹倍。十公斤重的石頭下落的速度。“自然”是五公斤重的石頭下落速度的兩倍，即“重的物體比輕的物體下落速度快”，這就是亞裏士多德的貝理論。
真正打破亞裏士多德悖論的是伽利略(1564-
1642天文學家、物理學家、力學家和哲學家，也是現代實驗物理學的先驅)。伽利略是壹位偉大的天文學家。他是第壹個發明望遠鏡的人，望遠鏡開闊了人們的視野。他也是著名的物理學家。伽利略尖銳地指出，“物體越重，下落越快”這壹論斷在邏輯上是矛盾的。如果壹個重的物體和壹個輕的物體同時下落，兩個物體綁在壹起，下落時間應該是多久？
根據亞裏士多德的說法，會有兩種答案:
(1)重物體帶動輕物體下落快，輕物體影響重物體下落慢；
(2)兩個物體綁在壹起，壹定比單個物體重；
這兩個結果互相矛盾。所以伽利略認為亞裏士多德的論證不能成立。
據說當時伽利略在比薩斜塔上做了壹個自由落體實驗，以證明亞裏士多德理論的錯誤。它向人們展示了鐵球，壹大壹小，壹輕壹重，從塔上落下後幾乎同時落地。重復實驗都是如此。
牛頓的“絕對時間”
牛頓比伽利略更進壹步。牛頓認為，與亞裏士多德的“理論”相反，壹個運動的物體永遠不會靜止，除非有別的東西阻止它。落下的石頭會因為被地球阻止而壹動不動地落到地上；馬車停下來的原因是車輪和路面之間有摩擦力。在光滑水平的路面上，裝有無摩擦軸承的車廂會保持滾動。所以牛頓指出，力對物體的作用只是使其運動速度隨時間而變化。這種變化的量叫做加速度，它與力的大小成正比。這是牛頓第二運動學定律。
牛頓運動定律和他在1684年推導出的萬有引力定律壹起，奠定了經典物理學的基礎，對當時和後來自然科學的發展產生了巨大的影響，直到今天仍被廣泛使用，繼續發揮著巨大的作用。但是，需要註意的是。牛頓定律基於這樣壹個概念，即用來測量運動的時間是壹個均勻流逝的“絕對時間”。
什麽是絕對時間？牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》壹書中給出了如下定義:“絕對的、真正的數學時間，就其本身及其本質而言，總是均勻流動的，它不依賴於任何外在的東西。”牛頓解釋時間和運動關系的觀點，在他自己的理論體系中也是矛盾的。因為他已經承認運動不是絕對的。那樣的話。妳如何測量或感知絕對時間？
戈特弗裏德·威廉。
萊布尼茨，1646 ~ 1716德國數學家和物理學家)認為與時間相比。事件應該更基本；認為時間可以脫離事物而存在的想法是荒謬的。在他看來，時間來源於事件，所有同時發生的事件構成了宇宙的壹個階段。而這些階段就像昨天，今天，明天，壹個接壹個。萊布尼茨的相對時間理論在今天看來比牛頓的理論更容易被接受，因為它更符合現代物理學的發展。
直到20世紀初，人們普遍認為有壹種獨特的、普遍適用的時間系統，它不依賴於任何其他東西。正因為如此，當愛因斯坦在1905年發現了時間理論中壹個從來沒有人懷疑過的漏洞，推翻了這些假說以及基於這些假說的整個時間哲學時，物理學經歷了壹場地震。這個漏洞就是狹義相對論揭示的時間相對論。
運動的相對性:
提到相對論，大多數人都會感到敬畏，說它深奧難懂。這多少有些道理。因為它從根本上改變了作為人類思維活動基本要素的時間和空間的舊觀念，也用違背常識的方式考慮問題。
自然界中有些結構是符合常識的，可以通過我們的感覺直接驗證；但它也有壹些與常識內在不符的部分。為了正確認識自然，人們不得不做出不符合常識的考慮，所以我們今天不得不去理解相對論。為了方便起見。先說運動的相對性原理。這是可以直接驗證人的感受的部分。
體育運動沒有相對性！答案是肯定的。運動和靜止是相對的。對於生活在地球上的人來說，山脈、森林、村莊、房屋都是靜態的；然而，地球是繞著太陽轉的。與太陽相比，地球上的上述物體是運動的，它們隨著地球運動。
這裏我們看到。要判斷壹個物體是運動的還是靜止的，我們必須選擇另壹個物體作為參照物。如果兩個物體彼此在勻速直線運動，它們之間沒有唯壹權威的觀察者，必須選擇第三個物體作為參照物。
這個被選作參照物的物體，在物理學上叫做參考系或坐標系。傳統上，物理學家總是喜歡選擇不受力的物體作為參考系。這樣的參考系稱為慣性參考系，或慣性坐標系，或簡稱慣性系統。當然，嚴格來說，自然界沒有不受力的物體，這樣的慣性系是找不到的。但是，問題必須解決。人不可能長時間處於“有理有據，有理有據”的境地。所以物理學家最終做出了這樣的選擇:當壹個物體遠離其他物體時，也就是受其他物體的力影響很小時，可以作為近似慣性系。
早在十七世紀，伽利略就發現通過力學實驗無法判斷實驗室是否勻速直線運動。這和我們坐在勻速直線運動的火車裏，不參考路基兩邊的樹木或房屋是壹樣的。妳無法判斷勻速直線運動的火車是運動的還是靜止的。伽利略提出，在所有的慣性系中，力學現象都遵守同壹個力學定律。這就是運動相對性原理，是經典力學的基礎。
時間膨脹
相對論誕生至今已有百年，之所以引起人們的關註，壹方面是因為它在各個領域都取得了巨大的成就，另壹方面也是因為它引起了很多爭議。相對論的兩個基本假設:相對論原理和光速不變的假設導致的壹系列似是而非的結果(稱為“悖論”)
)，自從它誕生以來，就壹直眾說紛紜。
其中最著名的是時鐘悖論、潛艇悖論和哥德爾悖論。
相對論誕生後，人們逐漸意識到，不僅時間的度量存在問題，空間的度量也存在問題。尺子的長度在不同的地方是否相同，尺子的長度在運動過程中是否會發生變化，成為了壹個需要深入思考的問題。
在人們的日常觀念中，“同時”是絕對的，兩件事是否同時發生具有絕對的意義。“同時性”的相對性與人們的日常觀念大相徑庭，很難被接受。為什麽我們平時感受不到“同時”的相對性？那是因為這種相對論只有在接近光速(每秒30萬公裏)時才會明顯。我們平時接觸的汽車、飛機甚至火箭，都太慢了，感覺不到這種不同。
同時由於相對性，高速運動的尺子會在運動方向上縮短。高速運轉的鐘。它將比壹系列靜態時鐘(校準和同步)慢。理解“同時”的相對性是理解相對性的關鍵。
愛因斯坦的相對論認為，運動尺子的縮短是相對的，是壹種時空效應。當這種效應發生時，原子結構和原子內部的電荷分布不會發生變化。相對論認為運動的尺子收縮是相對的，兩個相對運動的剛性尺子會認為對方縮短了，這是“同時”相對論的結果，與絕對空間無關。相對論認為根本不存在絕對空間。
運動時鐘變慢也是相對的。兩排平行放置並相對移動的鐘，讓其中壹個對方的鐘依次與自己的系列鐘比較，會認為對方的鐘(相對自己移動)慢壹些。這個效果已經被實驗證實了。
潛艇接近光速時是上浮還是下沈？
壹艘以接近光速行駛的潛艇，最後會浮在海裏還是沈下去？這是壹個悖論，是愛因斯坦相對論衍生出的著名的“海底悖論”。巴西科學家通過研究表明，它會沈入水底。
根據愛因斯坦的相對論，物體的長度會在運動方向上收縮。比如壹列以接近光速運行的火車，在站臺上靜止的觀察者眼裏會變短；在列車上的乘客眼裏，列車已經接近光速，但是後退的站臺已經縮小了。
所謂“潛艇悖論”是指這樣壹種理論上的假設情況:首先假設壹艘完全浸沒在海水中的潛艇能夠保持平衡，相對於海水不上升也不下降，然後假設它在平行於海面的方向上以接近光速的速度行駛。基於物體的長度會在運動方向上收縮的相對論效應，潛艇本身也會收縮，密度變大，最終沈向海上船上的觀測者。然而，潛艇上的船員看到的卻是急速後退的海水在縮小，密度在增加。他們會得出這樣的結論:潛艇會上浮是因為海水密度增加，產生了更大的浮力。根據相對論，這兩種觀點似乎都沒有錯，潛艇是沈還是浮的悖論由此而生。
巴西科學家指出“海底悖論”
之所以讓人不解，是因為提出這個悖論時沒有考慮海水重力場對潛艇的作用。在不同的參考系下，相對靜止在海裏的觀測者和潛艇艇員的重力場是不壹樣的。通過嚴密的數學推理，他們發現，從潛艇艇員的角度來看，潛艇在接近光速運動的過程中所受到的有效重力，實際上比潛艇相對於海水靜止時要大。這種重力會超過海水密度增加產生的浮力，最終導致潛艇沈沒。
時間膨脹:
時間膨脹是相對論效應的壹個特別突出的例子，它首先在宇宙射線中被觀察到。我們註意到，在相對論中，空間和時間的尺度隨著觀察者的速度而變化。例如，假設我們測量壹個向我們移動的時鐘所指示的時間，我們會發現它比另壹個相對靜止和正常的時鐘慢。另壹方面，假設我們也以這個移動的時鐘的速度移動，它的行走時間恢復正常。我們不會看到壹個普通的時鐘以光速向我們飛來，但是放射性衰變就像壹個時鐘，因為放射性物質包含了壹個完全確定的時間尺度，也就是它的半衰期。當我們測量飛向我們的宇宙射線M時，發現它的半衰期比實驗室測得的22微秒要長得多。從這個意義上來說，從我們觀察者的角度來看，M內部的時鐘確實走得慢了。時間的進程拉長了，也就是說，時間擴大了。
孿生悖論
相對論中有壹個著名的孿生佯謬，是法國物理學家朗之萬在相對論早期提出的。悖論說，有壹對雙胞胎兄弟A和B，A壹直生活在地球上，B將乘飛船去其他星球旅行，回來時B將比A小。如果飛船加速到接近光速再返回，B會比A年輕很多，可能A是個老人，B還年輕。這個看似不可能的事情真的有可能嗎？相對論回答說，星際旅行者會比他留在地球上的兄弟更年輕地回來，這是可能的，也是真實的。
現在我們來解釋壹下這個悖論。我們每個人都可以看作是三維空間中的壹個點。靜止的人是上下、前後、左右固定的，是三維坐標系中的壹個固定點。三維空間加上時間就變成了四維時空。因為時間總是在流逝，任何物體和人都要與時俱進，所以三維空間中的壹個靜止點，在四維時空中壹定會劃出壹條線。留在地球上的雙生子a相當於靜止，星際旅行者B描繪的世界線是壹條直線，星際旅行者B描繪的世界線是壹條曲線，兩條線首尾相連，說明出發和返回是在同壹時間同壹地點。
相對論認為世界線A的長度是留在地球上的A哥經歷的時間，B的長度是做星際旅行的B哥經歷的時間。兩條線的長度不壹樣，也就是說，雙胞胎兄弟經歷的時間長短不壹樣。哪個人經歷過很久？有人會說直線比曲線短，所以A比B用的時間少，雙胞胎悖論不是說B比A年輕嗎？怎麽會反過來呢？其實不是反過來。妳之所以認為B線比A線長，是被歐幾裏德幾何拿去了。我們通常使用的幾何是歐幾裏德幾何，兩點之間的距離是最短的。但在相對論中，四維時空的幾何不是歐幾裏得，而是偽歐幾裏得。在偽歐氏幾何中，斜邊的平方等於兩條直角邊的平方差，兩點之間的距離最長。所以曲線B比直線A短，B經歷的時間比A短..雙胞胎中的星際旅行者比他們在地球上的兄弟經歷的時間更少。所以返回會合時，B會比a年輕，孿生佯謬是壹個真實的效應，可以使宇航員在有生之年到達非常遙遠的星系。
1971年，美國海軍天文臺將四臺銫原子鐘放在壹架飛機上，從華盛頓特區出發，分別向東方和西方飛遍全球。結果表明，向東飛行的銫原子鐘與停在天文臺的銫原子鐘讀數相差59納秒，向西飛行時相差273納秒。雖然在這個實驗中沒有扣除重力造成的影響，但是測量結果表明“孿生佯謬”確實存在。
重力鐘
自然界中有四種基本力量在起作用。分別是:引力、電磁力、核力和原子衰變時的弱力。
萬有引力是牛頓發現的，但打開萬有引力秘密之門的卻是愛因斯坦。愛因斯坦在廣義相對論中指出，宇宙中充滿了引力波，引力波是壹種物體周圍的空間以波的形式彎曲並以光速傳播的現象。這是壹個相當深奧的問題。雖然它的提出已經過去了半個多世紀，但它仍然吸引了許多物理學家的興趣。1938年，英國物理學家和美國物理學家對愛因斯坦的引力理論做了壹些修改後，提出了引力減弱假說。根據這個假設，重力在慢慢減小。重力真的在減小嗎？這又是壹個需要實驗來回答的問題。原子鐘出現後，有人提出可以通過原子鐘和“引力鐘”的對比來直接測量這種引力的減小。
原子鐘利用原子中電子的振蕩來代替壹般鐘表的鐘擺。決定電子振蕩周期的力是原子內部電子與原子核之間的電磁力。電磁力是不變的，所以原子鐘的速度不會變。
所謂引力鐘就是衛星的周期，引力鐘的速度可以根據衛星繞地球的周期計算出來。當重力減弱時，這個周期會增大，這說明重力鐘的速度變慢了。如果引力真的隨著時間的增加而減弱，引力鐘也會逐漸變慢。通過對比原子鐘和引力鐘幾年的速度，可以從原理上驗證引力減弱的假設。
當然，這只是壹個想法。隨著原子鐘質量的不斷提高和對衛星運動規律的深入了解，我們相信這種驗證的日子很快就會到來。
六樓的時間
六樓(離地約22米)的鐘比地面上的鐘快2.4秒。
愛因斯坦在廣義相對論中指出，在非慣性坐標系中，當運動物體在中心物體的引力場中運動時，對於同樣的體驗，在運動物體上測得的時間間隔大於在中心物體上測得的時間間隔。較大的值約為
g是重力加速度，m是重心(比如地球)的質量，r是重心的半徑。
也就是說，在運動物體上測得的時間不僅與運動速度有關，還與它離地心的距離有關。這種情況表明，頂部的時鐘比底部的時鐘走得快。
根據相對論。對於位於地球表面不同高度的原子鐘，相對論效應引起的時差修正為:1.09×10-16秒/米(海平面)，即每100米鐘快十億分之壹秒。
按此計算，22米高的六層樓上的鐘每秒鐘比地面上的鐘快2.4秒。
還有珠穆朗瑪峰頂上的鐘。它比地面上的時鐘快萬億分之壹秒。
在原子鐘出現之前，不可能測量這麽短的時間。只有使用原子鐘，人們才能用現代實驗方法驗證它的正確性。
赤道上的鐘慢嗎？
愛因斯坦是壹位偉大的物理學家，他的許多預言都被實驗證實了。但是他的每壹個預測都是正確的嗎？答案是否定的。
愛因斯坦在他關於相對論的第壹篇論文《論運動物體的電動力學》中總結道:與放置在地球兩極的相同質量的鐘相比，在其他條件相同的情況下，赤道上的鐘會走得慢壹些。換句話說，地球表面不同緯度的時鐘速度是不同的。在壹天中，赤道鐘將比極地鐘慢大約102納秒。顯然，愛因斯坦在這裏只考慮了時間的速度，而沒有同時考慮引力效應。我們知道。雖然地球表面的線速度在不同緯度是不壹樣的:離赤道越遠，線速度越小，兩極為零，但地球是橢球體，兩極比赤道更靠近地心，所以兩極的引力大於赤道。這兩個因素對時鐘速度的影響相互抵消，綜合效果正好為零。
科學家通過了飛行鐘測試。實測飛行鐘與地面鐘相差38納秒，與理論計算值(35納秒)壹致，證明鐘速與緯度無關。這說明愛因斯坦當時的推斷是錯誤的，赤道上的鐘不會比兩極的鐘走得慢。可見，任何壹個偉大的科學家在創造壹種新的科學理論時，都不可避免地會受到當時技術條件的限制。後來的探索者有責任根據自己的實踐去檢驗這些理論，或拋棄，或繼承，或修正，切不可迷信。
時空彎曲；
時間的相對性不僅包括運動的時鐘會變慢，還包括最基本的時間概念——它的過去、現在和未來的性質。
在我們的日常生活中，除了用日期來表示事件發生的時間外，我們還經常使用“過去”、“現在”和“未來”等時態。用時態描述時間準確地反映了時間作為物質存在和運動形式的本質。它不是固定的，它總是在變化。未來最終會變成現在，然後變成過去，也就是時空彎曲的現象。
愛因斯坦的相對論證明了“同時”是相對的，從而揭示了“未來”和“過去”的相對性。根據相對論，對於向不同方向或以不同速度運動的觀察者來說，事件的時態既沒有絕對的過去，也沒有絕對的未來。對於壹個觀察者來說，兩個空間上分離的事件可能同時發生，但是對於另壹個做不同運動的觀察者來說，它們可能不同。例如，觀察者可以發現事件A出現在事件B之前；另壹個觀察者可能得到相反的結論，第三個觀察者甚至可能發現壹個，
它發生在同壹時間。所有三個觀察者的結論在他們各自的參考系中都可能是正確的。
所以相對論中不存在普適的“現在”。事實上，愛因斯坦相對論所揭示的時間的特性恰恰說明了這壹點。
頻道
蟲洞和時間隧道
我們的宇宙如此浩瀚，太陽系的直徑大約有壹光年(以光速飛行壹年)。最近的恒星(比鄰星)距離我們4光年。織女星離我們26光年，牛郎星離我們16光年，牛郎織女的距離也是16光年。從人類壽命的角度來看，不可能在不同星系間穿梭。
從我們宇宙的壹個地方到另壹個地方還有其他捷徑嗎？有沒有可以縮短星際旅行時間的「時間隧道」？在我們的宇宙之外還有別的宇宙嗎？如果有，那麽不同宇宙之間是否存在“管道”？
更有趣的問題是，是否存在這樣壹條時間隧道，通過它我們可以回到過去，或者到達未來，甚至改變歷史？
20世紀70年代，天文學家在銀河系和其他星系的核心區域發現了星系黑洞，進壹步引起了人們對時間旅行的關註。
從物理學的角度來看，要進行時間旅行，需要克服恒星間距離遙遠的障礙，而克服距離遙遠的最好方法就是扭曲空間。比如北京和華盛頓相距甚遠，短時間內無法到達。如果地球像壹張紙，可以折疊，只要把地球的兩端折疊起來，讓華盛頓和北京重疊，兩地的距離不會更近嗎？那麽，時間和空間可以被扭曲嗎？根據相對論，只要有超密集區，就可以做到這壹點。如果時空被扭曲，宇航員可以像螞蟻從壹張折疊的紙的壹邊爬到另壹邊壹樣，輕松穿越遙遠的時空距離。扭曲時空所需的超致密區域只能是黑洞。黑洞可以把時空扭曲成漏鬥形狀，在漏鬥底部連接兩個完全不同的時空結構。這就是現在所說的蟲洞。