爱因斯坦三个定律的故事（天上一日地上一年）

爱因斯坦是我们地球人都知道的著名科学家，在爱因斯坦的众多理论中，我们谈论得最多的就是他的时空观，他在相对论中指出一个物体在不同的物理条件下所感受到的时间是可以改变的，简单地讲就是，一个物体的运动速度越快，它感受到的时间流逝速度就越慢（钟慢效应），又或者一个物体的质量越大，它附近空间的时间流逝速度就越慢（时间膨胀效应）。

因为爱因斯坦的理论彻底地打破了之前的绝对时空观，所以在刚开始的时候很多人都表示很难接受，然而在接下来的日子里，大量的实验结果逐渐让人们意识到爱因斯坦很可能是正确的，时至今日，爱因斯坦的相对论已经成为了现代物理学的两大基石之一（另一个是量子场论），早已得到了科学界的认同。

根据相对论中的相关理论，如果一个人以极快的速度（比如说接近光速）飞行一段时间，又或者这个人跑到一个质量非常巨大的天体（比如说黑洞）附近呆上一段时间，那么当这个人回地球上之后就会发现，他自己的时间与地球上的时间出现了巨大的差异，有可能他只度过了一天，而地球上却已度过了一年。

有意思的是，我们古代传说里的“天上一日地上一年”与爱因斯坦的理论暗合，例如在《西游记》里的孙悟空只是到天庭做了十几天的“弼马温”，而当他回到花果山时才知道这里已经过去了很多年。那么问题就来了，古人没有相对论的知识，为什么会提出“天上一日地上一年”呢？下面我们就来讨论一下古人是怎么知道的。

在没有电的古代，人们在黑夜里可以做的事情是非常少的，因此在那时有很多人都喜欢在黑夜里仰望星空。久而久之，人们很可能就会注意到一个特殊的现象，那就是当天观测到的星空布局总是会比上个月的同一日晚1个时辰出现，例如古人在6月8日晚上7点观测到的星空布局，会在7月8日晚上9点出现（注：古人的一个时辰就是现代的两个小时，为了简单直观，这里做了换算）。

在观测到这个现象以后，古人可以很可能会得出这样一个结论：地上过去了1个月，天上的星星却只走了1个时辰，也就是说天上的1个时辰与地上的1个月相等，这样换算出来，就刚好是“天上一日地上一年”。由此我们可以看到，古人提出的这种说法很可能与这个现象有关。

时间是一个抽象的概念，人们需要利用一些有规律的周期性事件来定义时间的单位。在很久以前，古人就观察到了太阳一直在非常有规律地东升西落，于是就把太阳连续两次经过中天（即天空的正上方）的时间间隔定义为1天，然后再把这段时间平均分割成12份，每一份就是1个时辰（也就是2个小时）。

我们可以将根据以上方法所定义的一天称为一个“太阳日”，与之相对应的，我们可以将一颗除太阳以外的特定恒星连续两次经过中天的时间间隔，定义为一个“恒星日”。

需要注意的是，一个“太阳日”并不等于一个“恒星日”，为什么呢？这是因为地球公转的原因，由于宇宙中的其他恒星与地球的距离相当的遥远（最近的也在4.22光年以外），地球的公转运动对其他恒星在天空中位置的影响可以忽略不计，而对于太阳来说，这种影响就不可忽略了。

如上图所示，假设在时间1的时候，太阳和某颗恒星都位于地球的中天，到了时间2的时候，地球刚好自转一圈。我们可以看到，由于地球的公转对其他恒星在天空中位置的影响可以忽略不计，在时间2的时候，这颗恒星在天空中的位置就已经到达地球的中天了，但太阳在天空中的位置则会因为受地球公转的影响而需要在时间3的时候才能够到达地球的中天，在时间3的位置，地球已经多转了大约365分之1圈。

于是我们就知道了“一个太阳日 = 一个恒星日 x（1 1/365）”，经过简单的就可以得出，一个“太阳日”比一个“恒星日”要多大约4分钟的时间。这就意味着，当我们以“太阳日”为标准来观测某颗恒星在天空中的某个特定时间点上的位置时，平均每一天这颗恒星都会提前4分钟到达该位置，1个月就会提前两个小时，也就是一个时辰。

综上所述，虽然“天上一日地上一年”与爱因斯坦的理论暗合，但其实古人并没有相对论的相关知识，而他们之所以会有这种说法，很可能就是观测星象的结果。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见`

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