-
UID: 1627269 
-
- 注册时间2012-09-03
- 最后登录2024-11-16
- 在线时间31721小时
-
- 发帖279741
- 搜Ta的帖子
- 精华2
- 金币38634
- 道行36950
- 原创102
- 奖券39
- 斑龄0
- 道券0
- 获奖0
-
访问TA的空间加好友用道具
UID: 1627269
- 发帖
- 279741
- 金币
- 38634
- 道行
- 36950
- 原创
- 102
- 奖券
- 39
- 斑龄
- 0
- 道券
- 0
- 获奖
- 0
- 座驾
-
- 设备
-
- 摄影级
-
在线时间: 31721(小时)
注册时间: 2012-09-03
最后登录: 2024-11-16
|
—
本帖被 xgch 执行加亮操作(2023-09-01)
—
时间和空间，时刻在我们身边，如影随形。但是，时间和空间给我们的感觉又是如此虚幻，看不见摸不着，但它们却是万物存在的根本，万物存在于这个世界里，其实就是存在时间和空间当中，没有时间和空间的世界是无法想象的！不过对于时间和空间的本质，尤其是时间的本质，直到今天人类也没有完全搞清楚。尤其是在爱因斯坦提出了全新的时空观之后，时间和空间似乎变得更加诡异。爱因斯坦之前，人们一直认为时间和空间是绝对的，两者是独立存在的，时间就是时间，与空间没有任何关系。同时，一分钟就是一分钟，任何人经历的一分钟都是完全相同的。但是，爱因斯坦提出的全新时空观彻底颠覆了人们的传统认知。他认为，我们所在的时空并不是绝对的，而是相对的，说白了，任何人感受到的时间和空间都是不一样的。同时，时间和空间并不能独立存在，两者是有机的整体，必须同时存在，这也就是所谓“四维时空”的概念。任何把时间和空间分开讨论的行为其实都是没有意义的。按照爱因斯坦的狭义相对论，速度越快，时间就越慢，这就是我们通常所说的“时间膨胀效应”或者“钟慢效应”。理论上讲，当物体的速度达到光速，时间将会静止。那么，这是否意味着，如果物体的速度超过光速，时间就会倒流了呢？单纯从时间膨胀公式来看，如果物体速度达到光速，计算出来的结果就是一个虚数，这对于我们来讲是没有意义的，当然也不意味着时间就是倒流。实际上，爱因斯坦的狭义相对论有一个重要前提，那就是：禁止超光速，宇宙的极限速度就是光速。具体来讲就是，对于任何具有静质量的物体来讲，只有尽可能接近光速，不可能达到甚至超过光速。很多人想不通，速度怎么会影响时间呢？速度和时间本应该是两个不相干的物理量，两者怎么有如此联系呢？下面来具体讲讲速度与时间之间的关系。首先来看速度的计算公式，距离除以时间，而距离也是空间。于是速度就等于空间除以时间。看起来速度确实与时间和空间都有关系，但这种关系就是简单的数学计算关系，并不代表速度会影响时间流逝的快慢。别着急，接下来我们慢慢分析，一切深入到速度，时间和空间的本质。首先，速度都是相对的，任何速度都应该是这样的，都必须有一个参照系才有意义，这一点很好理解，非常符合我们的日常生活经验。日常生活中我们所说的速度，通常都是默认以地面为参照系，当然也没有必要刻意指出来，那会显得有点多余。比如说，高速公路上都会有限速标志，通常都是限速120公里，而这个速度就是相对地面的速度。由于速度是以参照系为基础的，所以速度是相对的，也是随时可以变化的，根据不同的参照系而发生变化。这点同样也很好理解。还拿行驶的小汽车来举例说明。你和朋友驾驶一辆小汽车以100公里的速度行驶，我静止在点上。在我眼里，你的速度很快。但是你朋友眼里，你完全没有速度，你的速度为零，你一直处于静止状态。其实这就是相对速度简单的叠加，不同的参照系下计算出来的速度是不一样的。再次说明了速度必须有参照系才有意义。但是光速就是显得很特别的，它完全就是一个例外，这也是光速“霸道”的地方，无论如何选择参照系，也无论在任何运动状态下测量光速，最终测量到的速度都保持不变。实际上这就是光速不变原理。该原理表明光速是绝对的，在任何参照系下都保持不变。光速的这种特殊性完全颠覆了我们对速度的传统认知。举个例子就明白“光速不变”到底有多不可思议了。某天晚上，你驾驶一辆小汽车在大街上行驶，我静止在路边。对于你来讲，车灯发出的光的速度是多少呢？很明显，就是光速，这很好理解，也是简单的速度叠加的计算，相当于小汽车不停地发射出“光子弹”，相对于汽车的速度当然是光速。不管小汽车的速度多快，你看到的光的速度都会保持光速不变。但是，对于我来讲呢？在我眼里，车灯发出的光的速度是多少呢？如果按照相对速度的计算方式，在我眼里，车灯发出的光的速度应该是汽车的速度V，加上光的速度C，也就是V+C才对，毕竟在我看来，汽车好像给了光一个额外的“推动力”。这就好比你在火车上顺着火车行驶的方向奔跑，那么对于静止在地面上的我来讲，你的速度就等于火车的速度加上你奔跑的速度，这很好理解，也很符合常识。但问题就出在这里，事实上在我眼里，车灯发出的光的速度并不是V+C，而仍旧是光速。而且不管汽车的速度有多快，哪怕以0.99倍光速行驶，车灯发出的光的速度仍旧是光速。这就奇怪了，你以0.99倍光速飞速行驶，而我静止在地面上，我们俩看到的同一束光的速度竟然是相同的，按理说不应该这样。但这种看起奇怪的现象的确出现了，这说明了什么？说明为了保持光速在你和我眼里的绝对一致性，你和我经历的某些东西一定会发生相应改变，只有这样，才能时刻迎合光速的这种绝对性。这些东西到底是什么呢？就是刚开始所说的时间和空间。速度并不是空间除以时间这样的简单数学计算，同时速度还会直接影响时间和空间，通俗来讲就是让时间变慢或者变快，空间缩短或者拉长，时间和空间能完美协调一致，最终的目的就是保证光速的绝对性。通俗来讲就是，要想保证光速绝对不变，那么时间和空间就不能是绝对的，两者必须做出相应调整，来迎合“霸道”的光速。也就是说，0.99倍光速行驶的你，静止的我，我们两人看到的同一束光的速度之所以是一样的，就是因为你和我经历了完全不同的时间和空间。说白了，你经历的时间和我经历的时间是完全不一样的。由于时间和空间是有机的整体，当然空间也是不一样的。只是，在我们的日常生活中，经历的速度与光速相比实在太小了，速度对时间和空间的影响完全可以忽略不计，我们根本就不可能感受到时间和空间的改变。假设你能感受到任何微小的改变，你就会看到大街上行驶的小汽车“缩短”了，汽车内的时间流逝速度也变慢了。当然，现实中的我们是不可能感受到如此微小的变化的。时间和空间的这种密切的关系，实际上也再次表明了时间和空间的有机整体，两者是不可分割的，一起组成了我们通常所说的“四维时空”结构。同时，也表明了四维时空是很具有弹性的，四维时空能不断地变化，最终的目的只有一个：保证光速的绝对不变性！这就是光速不变原理，也是爱因斯坦狭义相对论的基本前提之一。不要小看光速不变原理，当时有多少物理学界大佬倒在了“光速不变原理”上面。事实上，在爱因斯坦提出狭义相对论之前，洛伦兹，庞加莱等物理学界大佬已经无限接近相对论了，洛伦兹甚至意识到了“高速飞行的物体长度会变短”，也就是尺缩效应。但是洛伦兹和庞加莱等人始终不愿放弃绝对时空观，无论如何都不愿意相信光速不变原理下的相对时空观，于是与狭义相对论失之交臂，始终没有捅破通向狭义相对论的那层“窗户纸”。光速不变原理，确实颠覆了我们的传统认知。这个原理意味着，无论如何都你不可能追上一束光，不但追不上，你与光的相对速度一致会保持光速。即便你以0.99倍光速的速度追赶一束光， 在你眼里，这束光的速度仍旧是光速，而不是0.01倍光速。速度会影响时间流逝的速度，绝不仅仅停留在理论上，早就应用在我们实际生活中。很多人平时都会开车上下班，开车的时候离不开导航系统。可能你并不知道，导航系统的工作原理就离不开时间膨胀效应。导航时，我们需要依靠天上的卫星，而由于天上的卫星速度较快，所以时间就会较慢。当然速度并非影响时间的唯一因素，引力也会影响时间。根据狭义相对论，卫星时间比地面慢7微秒，而根据广义相对论，卫星时间比地面快45微秒。综合起来卫星时间比地面快38微秒。所以必须对卫星时间进行校正，否则导航系统就会彻底失效。虽然一微秒只有百万分之一秒，38微秒看起来只是短暂一瞬间，似乎可以忽略不计。但由于导航系统对精准度要求很高，而38微秒看起来也确实很短，但长时间累积之后，误差就会非常大了。速度影响时间的流逝，速度越来越快，时间就越来越慢。也就是说，速度就是时间的暂停键。理论上讲，当速度来到光速，时间就停止了。说“时间停止”其实是不严谨的，严格来讲，如果一个物体的速度达到光速，就不存在时间概念了，实际上这个物体就会化作“一束光”，不可能完好存在。这意味着什么？意味着对于光本身来讲，其实是没有时间概念的。这也说明了一点，光可以瞬间跨越任何遥远的距离，哪怕是宇宙的边缘，光也可以瞬间到达。你可能会提出质疑：我们不是经常说“太阳光到达地球大约需要8分钟时间吗？”这不矛盾了吗？两者其实并不矛盾。所谓的“8分钟”只是在人类眼里，太阳光飞到地球花费了8分钟时间，以地球为参照系。但对于太阳光本身来讲，没有花费任何时间，因为光本身就没有时间概念，如果光有意识，它完全不知道时间到底是什么。就好比你试图向一个先天性失明的人解释“红色一种什么颜色”一样，他肯定会一脸懵逼，甚至会问你：颜色是什么东西？因为对于一个先天性失明的人来讲，根本就没有任何颜色的概念。这里有必要强调一下“时间膨胀效应”，速度越快时间就越慢，这里的“时间变慢”并不是绝对的，而是相对的，相对别的参照系来讲，时间变慢了，而不是自己的时间变慢了。说到这里，就不得不提到证明的“双生子佯谬”。一对双胞胎，弟弟留在地球上，哥哥乘坐飞船以亚光速离开地球。几年之后，哥哥重返地球，会发现弟弟已经成为老人了，而自己仍旧年轻。当然，哥哥乘坐的飞船必须非常接近光速才行，才能有明显的时间膨胀效应。出现这种结果，很容易解释。因为哥哥以亚光速离开地球，他的时间相对地球来讲就会变慢，所以，当哥哥重返地球后，会发现地球时间变快了，好像穿越到了地球的未来。但是，对于哥哥本身来讲，他自己无法感受到时间变慢。也就是说，如果飞船完全封闭，哥哥无法看到飞船外面的世界，那么不管飞船的速度有多快，哥哥在飞船里对时间的感受，与在地球上对时间的感受是一样的。因为哥哥感受到的只有他自己的时间，也就是本征时间。本征时间就像是装在自己口袋里的钟表一样，每个人的本征时间都不会改变，而且我们只需要为本征时间负责，他人的时间与自己无关。不过这里也会有一个问题。在弟弟眼里，哥哥以亚光速离开地球。由于速度是相对的，那么在哥哥眼里，弟弟同样也在以亚光速离开飞船。这意味着，在哥哥眼里，弟弟的时间也变慢了。结果就是，弟弟看到哥哥的时间变慢了，而哥哥觉得弟弟的时间变慢了！到底谁的时间变慢了呢？弟弟和哥哥到底谁对谁错？这看起来似乎是一个矛盾。其实一点也不矛盾。弟弟和哥哥都没有错！为什么？因为无论是弟弟还是哥哥，他们都是在各自的参照系下观察到的结果，两人处在不同的参照系，而不同参照系下的对比其实是没有意义的。刚才也说了，每个人只需要为本征时间负责，也就是为自己的时间负责。弟弟和哥哥正是在为各自的本征时间负责。弟弟完全不需要考虑哥哥对时间的感受，说白了，哥哥对时间的感受对于弟弟来讲是没有意义的。反之也是一样。再举个例子，生活在地球上的人类只需要为地球时间负责，生活在数万光年外的外星人或许有完全不同的时间感受，但那有什么关系呢？即便是外星人的一天，真的相当于地球时间的一年，也代表不了什么。因为不同参照系的时间对比本来就没有意义，只有两个时间重回同一参照系，再进行时间对比才有意义。也就是说，只有哥哥和弟弟重新回到同一个参照系，再对比他们的时间，才有意义。如果哥哥永远不返回地球，两人一直处在不同的参照系下，他们之间的时间对比就没有任何意义。如果让哥哥和弟弟重回同一参照系呢？很简单，哥哥返回地球就行了。当哥哥返回地球之后，我们会发现，时间变慢的是哥哥，而不是弟弟。为什么会这样？当然，我们可以用狭义相对论来分析计算，只不过分析过程非常麻烦，因为狭义相对论是以惯性系为基础的，而哥哥在返回地球的过程中，势必会经历减速和加速过程，这时候就不是惯性系了，意味着狭义相对论不再适用了，需要用到广义相对论。实际上，如果非用狭义相对论，也不是不可以。正如上面所说，会很麻烦。我们可以把哥哥减速加速的过程分解成无数个短暂的瞬间，每个瞬间就相当于一个惯性系。实际上就是利用了微积分的概念，所以会相当复杂。而用广义相对论就很好解释了。哥哥在减速加速的过程，势必会产生加速度，产生强大的惯性质量，而根据等效原理，惯性质量与引力质量等效。这就相当于哥哥经历了强大了引力场，而引力会使时间变慢！所以，哥哥返回地球之后，会发现自己的时间变慢了，而地球时间变快了。以上就是速度，时间和空间之间的关系。看似复杂，其实总结起来也很简单，一切都是因为那个霸道的“光速”，光速的“霸道”行为意味着，时间和空间必须为之付出“代价”，两者必须共同协作不断迎合光速的绝对性。也就是说，光速和四维时空是息息相关的，也可以认为光速就是四维时空的固有属性，只要在四维时空里，光速就是不可超越的。言外之意，如果你想通过“超越光速”的方式回到过去，也不是不可以，但不是在四维时空里超越光速，而是在其他维度，比如说五维度或者更高维的时空里超越光速。甚至在更高的维度里，最低的速度就是光速，所有的物体必须以超光速飞行。但这样的高维度时空真的存在吗？这又是一个大问题。高维度时空目前更多的只是停留在科幻层面，很难从科学的层面去详细描述。总结在我们的四维时空里，光速是不可超越的。如果你想超越光速，那就请“滚出”四维时空。至于最终会去往哪里，那就不是我们关心的事情了，因为那时的你已经完全处于另一个世界了！打个不恰当的比喻，就像你已经到达一个“神仙”世界，与我们的“凡人”世界毫不相干！
|
