导读：时间能变慢吗？时间能停下来吗？这是每个人都感兴趣的话题，也是狭义相对论最令人感到困惑的地方。本故事用两个孩子和水枪构造了一个人肉时钟，让孩子置身于时间的溪流中去感受时间的变化。
日头快到中午了，他们准备往回走。这时妹妹突然不愿意走了，她赖在原地说走不动了。无论妈妈、爸爸怎么劝，她就是不动。
妈妈凑过去，对着妹妹的耳朵说了几句。妹妹听了点点头，露出笑颜跟在妈妈后面走起来了。爸爸和哥哥跟在后面。原来，她们走向了一处漂流站，那里有皮筏艇可以把他们送回下游。
穿好救生衣，妹妹和哥哥还租借了两把水枪，开心地和爸爸妈妈登上了一只皮筏艇。水流不急，爸爸妈妈撑桨一路向下漂流。
妹妹第一次坐船漂流，非常兴奋。她手里拿着水枪，神气十足，她吸满了水，朝着哥哥喷了一枪。哥哥也朝妹妹喷了起来，两人互相呲水，玩得不亦乐乎，可是哥哥毕竟手快，妹妹总是被喷，不甘心地哭了起来。
妈妈说：“哥哥，你让着点妹妹，要不你们一人打一枪，交替着来。”
两个小朋友同意了，一人一下，这下玩得很融洽。
这时爸爸好像想起来什么，对哥哥说：“想知道为什么爱因斯坦的钟会变慢吗？我想到了一个好主意。”
“当然想。”哥哥说。
“假设我们的船靠岸不动，你和妹妹面对面坐在船舷的左右两侧，交替着朝对方喷水，你朝妹妹喷水花了0.5秒，妹妹被你喷到后立刻回喷你，也花了0.5秒。一个来回刚好是1秒钟。你被喷到后就立即再重新喷妹妹，如此往复。从岸上的人来看，水柱每秒来回一次，这就是一个标准的时钟。”爸爸说。
“哦，一个水枪钟！明白。”哥哥说道。
“现在，让船以匀速漂起来。你和妹妹同样互相交替喷水。在你看来，水柱从你喷到妹妹距离没有变，就是一个船宽的距离。但是在岸上的人看来，由于船在行进，所以水柱移动的距离是船宽和船漂移的距离叠加后的效果，所以比船宽更长一些。”
哥哥用手比划了一下，说：“同意。”
“现在，到了最关键的一步。假设你们喷出的不是水柱，而是激光。而且我们假设这激光依然每一秒在你和妹妹之间来回一次[1]。然后，让你的船漂移起来。在你看来激光走过的距离仍是一个船宽，来回一次的时间仍是1秒。”哥哥点点头。
“现在最关键的来了。”爸爸说，“在岸边的人看来，激光柱在船漂移时移动的距离是船宽叠加上船漂移的距离，也就是直角三角形的斜边长度，这要比直角三角形的直边也就是船宽要长[2]。由于光速对于岸上的人和你都一样，但岸上的人看到激光走过的距离变长，所以他会发现激光柱来回一次的时间船比船上的你看到的1秒更长一点。”爸爸说。
“哦，是啊！”哥哥说。
“嗯，因为这个激光柱来回一次就代表一秒，而岸上人观察到的这一秒就比船上的你观察到的一秒更长一点，所以岸上的人觉得船上的时间变慢了。”爸爸说。
“啊哈，真是个奇妙的结论，但愿下次我跟别人解释时能够记得。”哥哥说。
“好的，现在我考一考你”，爸爸说道，“如果船移动的速度变得更快，那么岸上的人是不是觉得时间变得更慢了？别急着回答，先想一想。” [3]
哥哥看着脚下漂移的皮筏子，又看了看岸边渐渐后退的树木，发了呆。
一家人继续往前漂流。在一处水流平缓的地方，有一座石板拱桥。
“如果时间一直变慢下去，会不会就停滞了？”哥哥突然问道。
这时他们驾驭着皮筏刚好通过这座拱桥，他们小心翼翼地把握方向，突然爸爸用桨撑住了河底，把皮筏子停下来。大家都看着他，不知怎么回事。
爸爸指了指拱桥，对哥哥说：“假设现在是1:00:00秒，你刚好通过桥底，而我和妈妈并排站在桥上。我先拿着水枪向你喷出一柱红色的水柱，出水的速度是1米/秒，而你驾驶的皮筏的速度也是1米/秒。假设我射出的这个水柱刚好触碰到你的额头。1秒钟后，也就是1:00:01，你离开了桥头1米远，妈妈也喷了一柱蓝色的水柱，速度也是1米/秒，这条蓝色水柱追随着你，距离你始终是1米。这两柱水一前一后始终追随着你。”
哥哥点了点头，“不过这有什么特别的吗？”
爸爸接着说：“现在把水柱换成光线，你就会发现时间的秘密。这光线来自于一台LED数码管显示的时钟，你见过吧？”
“在车站里见过，阿拉伯数字显示的，中间冒号一闪一闪。”哥哥说。
“嗯，是的。”爸爸说，“假设我站在桥上端着这台时钟。在你的皮筏上装一台火箭推进器，让它按照光速运行。”
“也就是说跑得和光一样快？”哥哥问。
“对。在1:00:00，这座钟的LED显示的红色“1:00:00”的光线刚好追上你，进入你的眼睛。这束红色光线始终追随着你的眼睛。而当这台时钟显示1:00:01时，LED发出蓝色的光线，而此时你已经离开时钟30万公里。所以在你眼里，只有1:00:00发出的光线进入你的眼睛，蓝色的1:00:01光线永远都追不上你，也不会进入你的眼睛。所以你只看到了红色的1:00:00，这道光线一直伴随着你，所以在你看来时间停滞了，永远地定格在了1:00:00。”
“哦，这么说皮筏达到了光速，对我来说时间就停止了。可是皮筏真的能达到光速吗？”哥哥问。
爸爸把船桨从水里提起来，皮筏继续向下漂流了。
“当然不可能[4]，但即使皮筏只加速到光速的十分之一，你仍会感觉到进入到你眼睛的光线比静止时要来得慢一些，因为有些晚来的光线过了很久才能追上你，在你看来，时间也变慢了。”爸爸说道。
“原来如此，看来时间真的会变慢。”哥哥说。
说话间，他们沿着溪流漂回了出发的地方。
注：
-
这只是一个假设，真正的光在两人之间传播只需短短的几个纳秒。虽然很难察觉，但时间变慢的结论同样适用。
-
在解释这一点时，可以把大拇指和食指呈90度直角，食指代表船宽，大拇指代表船移动的距离，而从大拇指尖到食指尖的距离就是直角三角形的斜边，也是岸上的看到的光走过的距离，显然这个长度比船宽要长。
-
可以把另一只手的大拇指接上原来的大拇指，使之变得更长，也就是说在同样时间内船移动得更快了。这样从食指指尖到另一只手的大拇指根的距离变得更长了，所以光走过这么长的距离花费的时间更多，所以时间变得更慢了。
-
在现实中，任何物质都不可能加速到100%光速，物质质量越大，加速所需的能量越大。而且随着速度变大，物质的动态质量急速变大，接近100%光速时，动态质量会达到接近无穷大，所要的能量也几乎是无穷大，在实际中是无法提供无穷大的能量的。2018年7月25日，欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）首次使带有电子的原子加速到接近光速，但不是100%光速。
- 本连载是 《时间之问·少儿版》。
如对跨学科内容感兴趣，请关注写给大人的 《时间之问》。
网友评论