爱因斯坦创建的相对论（狭义相对论与广义相对论）是人类物理学史上一笔高贵的财富，如今相对论已经被应用到卫星、航天、宇宙天体等各个领域，但是由于相对论提出的各种效应与人们的生活常识相悖，所以导致直至相对论提出后一百多年的今天，人们对于相对论的质疑始终没有停止，最难理解的就是爱因斯坦在狭义相对论中提出的时间膨胀效应。

时间膨胀效应

时间膨胀效应分为两种，第一种是狭义相对论中提出由速度引起的时间膨胀，第二种是广义相对论中提出的由引力引起的时间膨胀，这篇文章重点讲一讲由速度引起的时间膨胀，即运动的时钟要比静止的时钟走的慢，时钟是用来衡量时间流逝的标准，所以我们也可以理解为运动物体要比静止物体时间流逝得慢，这种效应又被成为钟慢效应。

时间为何会发生膨胀呢？

在我们的常识认知中，上帝应该是平等，上帝赋予每个人的时间和时间流逝速度是相同的，没有任何一种客观或主管因素能够影响时间，不存在你的时间快、我的时间慢这种现象，的确，这个观点看起来没有任何问题，而且在20世纪前，不论是实验或者理论都是以这个绝对时间观为基础的，科学家也没有发现这个绝对时间观有什么问题，但这个绝对时间观成立是有条件的，条件就是绝对时空观适用于宏观低速世界，相较于以每秒30万公里运动的光而言，在我们生存的世界中物质运动实在是太慢了，所以这种绝对时空观在宏观高速世界中也就不适用了。

速度引起时间膨胀，这绝对不是一个假设，在数学角度上可以使用从洛伦兹变换中推导出来，而从物理角度上来说，我们也可以使用一个简单的光子钟实验来证明它。

时间膨胀证明之光子钟实验

光子钟实验十分简单，首先我们需要利用光子制作一个可以记录时间的时钟（使用光子钟只是纪录时间的一种方法，我们也可以使用地球自转、甚至人体内的细胞分裂等规律运动来纪录时间，其本质都是没有区别的），先找两面中间保持一定距离且平行的镜子，然后让光子在这两面镜子中做直线运动，因为光速是恒定，距离也是恒定的，所以光子会在两面镜子中间做匀速直线运动，因为光子的运动距离、运动速度都是确定的，所以我们可以这样规定：光子在镜子中上下运动十万个周期定义为一秒（这个秒就是个代号，代表光子运动间隔，与正常时钟中的一秒没有任何联系），好了，到此光子钟就制作完毕了。

证明时间膨胀需要两个光子钟，将一个光子钟放在地球上，另外一个光子钟放在高速飞行的飞船中，如果两个同时处于静止的状态，那么两个光子钟中的运动应该是完全同步的，那么两个光子钟所记录的时间也应该是完全相同的，但是将一个光子钟放在地球上，而另外一个光子钟放在高速飞行的飞船中则完全就是另外一种情况。

对于地球上的人来说，纪录时间要使用地球上的光子钟，因为地球上的人与光子钟都在一个参考系中，对于地球上的人来说，地球上的光子钟中的光子永远都是一上一下的运动，但是如果地球上的人为参照物去看飞船上的光子钟呢？

如果以地球上的人作为参照物，那么飞船上的光子就不仅仅是做一上一下的直线运动了，因为对于地球上的人来说，飞船本身还向前运动，所以光子处于一上一下运动与向前运动的叠加状态，所以飞船上光子钟中的光子做一次上下运动的距离就要比地球上的光子钟中的光子要长，飞船运动的越快，光子上下运动的距离就越长，时间等于距离除以速度，当光子的速度不变（光速不变原理，）距离增加就会导致光子钟的时间变长，那就光子钟的时间变慢。

从上面这个光子钟的实验可以得出这样的结论：正在进行高速运动的光子钟要比处于静止状态的光子钟做的慢，也就是说物体的运动速度越快，在对应观察者的参考系中来说：其时间流逝越慢，根据勾股定理可以得出时间变化公式：

好了，关于光子钟的实验到这里就讲解完毕了，如果有什么想法或不懂的地方，欢迎在下方评论区留言哦