时间流逝的差异
在《星际穿越》中，女主角墨菲的父亲为了拯救人类，驾驶着飞船前往虫洞到达了宇宙的另一个区域。
故事的高潮从这里开始，直到最后，主角父亲成功传达信息帮助墨菲解开了时间难题。
而当他重新回到地球时，女儿已是百岁老人，自己却还是年轻时的样子。
事实上出现这种情况完全符合当今物理学的基本逻辑，时间膨胀。
对于人类而言，时间不过是一种主观体验中的基本参照物，过去几个世纪在牛顿经典物理学中，人类还没有具体阐述时间这一概念。
爱因斯坦与他的相对论
或者说将时间从物理层面推向现实，当经典物理撞向现代物理时，情况则发生了改变。
如今的物理学和相对论告诉我们，时间膨胀是两个时钟的测量经过时间的差值。
由于它们之间的相对速度，基于相对论中的时间膨胀关系，又或者是因为它们位置之间的引力时间膨胀导致。
通常来讲，我们主观体验中的时间膨胀是速度造成的影响。
狭义相对论的时间计算公式
这也是爱因斯坦最初在计算时间膨胀时所采用的一个基本方法，同时也是狭义相对论中的论述。
将运动物体的速度v除以光速c，然后将结果平方。
此时的结果应该在0~1之间，再从1中减去这个值，然后取平方根，再反转结果。
不过爱因斯坦在后来注意到有观察者体验到的重力影响，受不同高度变化，物体自身所处的时间实际上有着很大的变化。
根据引力时间膨胀、广义相对论和加速参考系，物体的这三者表现存在共存。
航海者号因时间膨胀比其他卫星年轻
受引力质量不同距离带来的实际差异，引力势越低，也就是时钟越靠近引力源，时间也会越慢。
但随着引力势的增加，时钟远离引力源，时钟便会加速。
关于引力时间膨胀，一个比较经典的例子便是双子悖论。
双子悖论假设中，一个同卵双胞胎生活在地球上，其中一位双胞胎以接近光速的速度往返于一颗遥远的恒星。
当他们再次见面时，由于引力膨胀带来的影响，旅行中的双胞胎会比呆在地球上的年轻得多。
双子悖论中存在的问题
关于该假设的悖论，人们错误地认为情况应该是对称的，也就是两个双胞胎的年龄应该相差无几。
换而言之，旅行中的双胞胎相对于地球上的双胞胎是静止的，这意味着地球上的双胞胎的年龄应该小于旅行者。
爱因斯坦早期在他的相对论研究中预测了这种效应，不过当时受条件现实，很难展开实际实验进行证明。
不过在20世纪下期，有科学家通过实验验证了爱因斯坦的引力时间膨胀。
引力改变时间
庞德-布雷卡实验，它是由庞德和布雷卡两人在1959年提出。
该实验的目的是通过证明光子在朝向引力源行进时获得能量，以此来测试爱因斯坦的广义相对论，而引力源的选择则是地球。
这是广义相对论的最后一个经典测试，同时也是引力红移的实验证明，由实验过程可以测量在引力场中运动的光的频率变化。
庞德和助手布雷卡的引力膨胀实验
实验在哈佛大学的杰斐逊实验室进行，将含铁固体样本的伽马射线仪放置在靠近建筑屋顶的一个扬声器锥的中心。
而另一个含铁样本则放置在地下室，该放置源和吸收器之间的距离位22.5米。
为了保证伽马射线能够最大程度地聚集，实验者们使用了一个装满氦气的聚酯薄膜袋来防止散射。
另外下方还有一个闪烁计数器铁样品用于监测未接受样品中的伽马射线。
通过震动扬声器锥体，伽马射线源以不同的速度进行移动，由此便产生了不同的多普勒频移。
当多普勒频移抵消了引力蓝移时，接收样品吸收伽马射线。
此时闪烁计数器监测到的伽马射线数量相应会下降。
整个实验带来了两个结果，考虑到其中存在系统误差。
庞德经过计算之后得到了具体的实验结果。
塔顶源和塔底源的频移的频移幅度相同，但符号相反，减去结果时，两人发现结果是单项实验的两倍。
庞德-布雷卡实验论证
实验最终在广义相对论10%的水平中证明了引力时间膨胀预言，后来两人将实验改进后优化到1%的水平。
由此爱因斯坦的相对论得到完整的实验支持，由此给人类开启了新的大门。
而在更加精准的实验中，原子钟的出现进一步在微观层面解释了广义相对论带来的时间差异。
它通过监测原子辐射频率来测量时间。
基于两种可能能量状态之一的原子系统，准备好一组处于一种状态的原子，然后进行微波辐射。
精度更高的原子钟实验
如果辐射的频率正确，那么许多原子便将转变为另一种能态。
通过对原子固有振荡频率运动来调整微波辐射对原子的影响，最终完成原子频率的测量。
由此便可以得到一个细致的时间数值。
在这种微观场景下，设备中的引力场差异无法被忽视。
毕竟有广义相对论的存在，原子钟仍然存在误差，当然这是在微观层面，其所产生的误差人类是无法察觉到的。
微观层面的时间难以察觉
如今科学家在原子钟实验里进一步优化了原子钟设计，这使得科学家突破了过去在微观程度中对时间的认知。
即使是在1毫米的差距内，时间膨胀仍然会造成影响。
新的时间计量
相关实验来自科罗拉多州博尔德的物理学家进行的光晶格原子钟实验。
科学家利用了大约100000个超冷锶原子，并将它们排列成晶格组成原子钟的一部分。
这意味着原子处于一系列不同的高度上，就像站在梯子上的横格一样。
极紫外频率梳，用于探测紫外波长
通过在这些高度上绘制频率变化，由此揭示了新的发现。
科学家在校正了可能改变频率的非引力效应后，时钟频率在1毫米的范围内，大约改变了百分之一万亿分之一。
而这种变化正是广义相对论中所预期到的量。
实验进行到90个小时后，科学家通过比对时钟上下部分的滴答声，最终测得到一个精准的频率。
其精确度为0.76亿分之一万亿分之一。
这是有史以来最精确的原子钟频率记录，换句话说，大约要过3000亿年，这个原子钟才会出现1秒的误差。
激光将锶原子保持在晶格中
当然对于人类而言，这种误差显然是无法感知的。
不过对卫星导航等航天领域来讲，时间膨胀带来的影响就必须考虑进去。
现在我们知道由引力势差造成了影响，所以卫星的时间会比地球上的快，由此它们需要原子钟来不断地校准高度，以此达到最佳状态。
精准度更高的原子钟显然可以带来更好的科学研究体验，帮助科学家了解时空领域在微观层面究竟发生了什么。
对于未来而言，由引力膨胀带来的影响则体现在星际旅行中。
显然，我们无法忽视时间膨胀给人类带来的影响。
我们肯定不想在未来经历了一段飞行之后，回家却发现地球已经过去了好几百年。
时间与空间是一种复合体
不过要想避开引力膨胀带来的影响也不是不行，从理论上来讲，如果人类能够制造虫洞，那么时间膨胀带来的问题便可以被克服。
简单来讲虫洞将两个宇宙不同地区的空间进行时空连续体撕裂，由此可以在不受时间膨胀的影响下进行星际穿梭。
当然这需要非常大的能量才能够维持，这也是电影《星际穿越》中人类好奇土星附近的虫洞到底是谁开的。
但这一问题或许在未来某天显得不再那么重要。
对于今天的人类来讲，爱因斯坦又一次在他的科学预言中预判了宇宙的行为。
他在现代物理中所做出的贡献不可估量，由此为人类开启了一个新世代。
相对论完善了人类对于引力的认知，并且在天体物理学中成为众多研究的基础。
人类的思想不止于此，正如相对论给我们带来的感知一般。
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