爱因斯坦曾经预言过引力时间膨胀的现象，他认为物体受到的引力越大，它经历的时间就越慢。进一步的调查表明，他的预测是正确的，1960年庞德-雷布卡实验首次证实了引力时间膨胀的存在。如今，我们的全球定位系统必须对重力时间膨胀进行校正。问题是：爱因斯坦是如何知道引力可以使时间变慢的？光速不变的原则，不得不说，引力时间膨胀有点令人困惑，因为在我们的印象中，引力应该只作用于有质量的物质，而时间不是物质，没有质量，那么引力怎么能使时间变慢呢？要回答这个问题，我们必须从光速恒定原理说起。
简单地说，光速恒定原理是指在真空中传播的光速是一个常数c，无论你在哪个参考框架下，都不会因光源和观察者的参考框架的相对运动而改变。例如，如果我们在真空中以10%的光速逆行，我们仍然会观察到光速是c，而不是1.1c，如果我们在真空中以相同的速度逆行，我们会观察到光速是c，而不是0。光速不变原理是狭义相对论的公理之一，科学家通过理论和实验得到了这一原理，正是从这一原理出发，我们可以通过思想实验推导出速度可以使时间变慢。
光子钟实验，一个光子钟的简化模型，光子可以在两面平行的镜子之间以真空中的光速c垂直反射，因此每次反射所需的时间为h/c注：h是两面镜子之间的垂直距离。现在让我们取两个这样的光子钟，一个在地面上，称为光子钟A，另一个在相对于地面高速运动的航天器上，称为光子钟B。在这种情况下，如果把地面作为一个静止的参照物，光子钟B中的光子除了垂直运动外，还会在航天器的运动方向上有一个额外的运动。换句话说，如果我们看着地面，我们会看到光子钟B中的光子每次完全反射的距离都会增加，根据毕达哥拉斯定律，我们可以得出结论，这个距离是√h^2+x^2：√是指根部以下，x是光子的翻译距离。
按照通常的思路，光子钟B中的光子具有叠加航天器的速度，它们的速度增加了，所以光子钟B中的光子每次反射的时间将等于光子钟A中的光子每次反射的时间将等于光子钟A中的时间。然而，由于光速恒定原理，光子的速度并不随着航天器的速度而增加，也就是说，如果我们从地面上观察，我们会发现，光子在光子钟B中每次反射的时间是[√h^2+x^2]/c，而光子钟A每次反射的时间是h/c。然而，对于航天器上的人来说，由于他们随着航天器移动，他们没有观察到光子钟B中的光子的进一步移动，所以他们观察到光子钟B中的光子每次反射的时间仍然是h/c。
完成光子钟B中的光子的每次反射的时间仍然是h/c。这意味着，在航天器上每花费h/c的时间，就有√h^2+x^2]/c的时间在地面上度过，相比之下，前者的时间流逝比后者要慢。换句话说，航天器上的时间已经放慢了。可以看出，航天器的速度是造成这种现象的原因，可以推断出，物体的速度越快，其时间就越慢。这与爱因斯坦关于引力使时间变慢的观点有什么关系？等效原理，在乘坐电梯的经历中，我们经常感觉到，当电梯开始运行时，有一个与电梯运动方向相反的力例如，如果电梯向上运行，这个力的方向是向下的。
假设有两种情况，一种情况是人被放在宇宙飞船中，宇宙飞船被放在地球表面。在另一种情况下，宇宙飞船被放置在一个无重的环境中，并被允许以完全等于地球表面重力加速度的加速度连续向上飞行。可以想象，在这两种情况下，航天器中的人都会感受到一个向下的力，完全相同的力，如果这个人不能观察外面的世界，他将无法区分他是受到地球引力的作用还是受到由航天器的加速度引起的惯性力的作用。由此可见，有加速度的参照物与引力场中的参照物是没有区别的，它们是等价的，这就是爱因斯坦在《广义相对论》中提出的基本理论--等价原理。
爱因斯坦认为，既然两者是等价的，每个引力场都可以用一个具有特定加速度的参照物来代替，这样就可以用狭义相对论来描述引力场中的时间。既然速度可以使时间变慢，很明显，引力场也可以使时间变慢，引力场的引力越大，其等效参照物的加速度就越大，所以引力越大，其等效参照物的加速度就越大，因此时间就越慢。好了，今天的节目就到这里，欢迎大家收看，下回再见。
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