宇宙飞船|爱因斯坦是怎么知道引力能让时间变慢的？爱因斯坦

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爱因斯坦曾经预测过“引力时间膨胀”现象，他认为一个物体受到的引力越大，其经历的时间就越慢。后续的研究表明，他的预测是正确的，早在1960年， “庞德-雷布卡实验”就首次证实了“引力时间膨胀”的存在，而时至今日，我们使用的全球定位系统也必须根据“引力时间膨胀”来进行时间校正。
那么问题来了，爱因斯坦是怎么知道引力能让时间变慢的呢？
光速不变原理不得不说， “引力时间膨胀”有点令人感到困惑，因为在我们的印象中，引力应该只作用于具有质量的物质，而时间并不是物质，根本就没有质量可言，那为何引力却能让时间变慢呢？要回答这个问题，我们需要从“光速不变原理”讲起。
简单来讲， “光速不变原理”是指无论你在哪种参照系中观察，光在真空中的传播速度都是一个恒定不变的常数（c），并不会因为光源和观察者所在参照系的相对运动而改变。
意思就是说，无论你处于相对真空中的一束光是什么运动状态，你观察到的这束光的速度始终都是c ，比如说假如你以10%的光速迎着真空中的一束光运动，那么你观察到这束光的速度仍然是c ，而不是1.1c ，而假如你以同样的速度与真空中的一束光做反向运动，那么你观察到这束光的速度也是c ，而不是0.9c 。
“光速不变原理”是科学家通过理论和实验得到的，这也是狭义相对论的公设之一，根据这个原理，我们就可以通过一个思想实验来推测出，速度能让时间变慢。
光子钟实验
上图为一种“光子钟”的简化模式，在光子钟之内是真空状态，光子可以在两面互相平行的镜子之间以真空中的光速（c）不断地垂直反射，所以光子每完成一次反射的时间都是“h/c”（注：h为两面镜子间的垂直距离）。
现在我们取两个这样的光子钟，一个放在地面上，称为“光子钟A” ，另一个则放在一艘相对于地面高速运动的宇宙飞船上，称为“光子钟B” 。在这种情况下，如果将地面作为静止参照系，那么放在“光子钟B”内的光子就会在垂直运动之外，还会随着宇宙飞船的运动方向多了一个额外的运动（如下图所示）。
也就是说，如果我们在地面上观察，就会发现“光子钟B”中的光子每完成一次反射的距离增加了，根据勾股定律我们可以得出，这个距离为“√（h^2 + x^2）”（注：“√”是指“根号下” ， x为光子的平移距离）。
按通常的思路来讲， “光子钟B”中的光子叠加了宇宙飞船的速度，其速度也增加了，因此“光子钟B”中的光子每完成一次反射的时间就会与“光子钟A”相等。
但由于“光速不变原理” ，光子的速度并不会因为宇宙飞船的速度而增加，也就是说，如果我们在地面上观察，就会发现“光子钟B”中的光子每完成一次反射的时间为“[√（h^2 + x^2）
/c” ，而“光子钟A”每完成一次反射的时间却是“h/c” 。
然而对于宇宙飞船上的人来讲，由于他们在跟着宇宙飞船一起运动，并不会观察到“光子钟B”中的光子多了一个额外的运动，因此他们观察到的“光子钟B”中的光子每完成一次反射的时间依然是“h/c” 。
这就意味着，宇宙飞船上每度过“h/c”的时间，地面上就度过“[√（h^2 + x^2）
/c”的时间，相比之下，前者的时间流逝速度比后者更慢，换句话来讲就是，宇宙飞船上的时间变慢了。
可以看到，导致这种现象的原因正是宇宙飞船的速度，据此我们还可以推测出，一个物体的速度越快，其时间就越慢。那这跟爱因斯坦提出的“引力能让时间变慢”有何联系呢？
等效原理在乘坐电梯的经历中，我们常常会感到当电梯刚刚启动的时候，会有一种与电梯运动方向相反的力（比如说电梯向上运行，这种力的方向就是向下的），这种力其实是电梯的加速度造成的“惯性力” ，从本质上讲，这是物体惯性的体现。