說(shuō)在前面
好的, 讓我先整理一下發(fā)型。這一回我要記一些東西了,最近在看的關(guān)于宇宙時(shí)空方面的一些知識(shí)。其中大部分為愛(ài)因斯坦的相對(duì)論的內(nèi)容,今天趁著還熱乎,我就來(lái)隨便叨嗶幾句,寫下來(lái)加深點(diǎn)印象,當(dāng)我是在胡扯吧。
狹義相對(duì)論之前
19世紀(jì)末,由于電磁學(xué)的高速發(fā)展,科學(xué)家們?cè)谘芯繒r(shí)發(fā)現(xiàn),在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,牛頓力學(xué)不再適用了(與麥克斯韋方程組不一致)。洛倫茲為了讓經(jīng)典的牛頓力學(xué)和麥克斯韋方程組相協(xié)調(diào),推演出了洛倫茲變換方程,提出了長(zhǎng)度收縮、本地時(shí)間、時(shí)間膨脹等概念;數(shù)學(xué)家龐加萊提出了空間的相對(duì)性以及光速不變的假設(shè),狹義相對(duì)論基本框架已經(jīng)建立了,基本呼之欲出了。但一直以來(lái)人們都堅(jiān)信牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀,包括權(quán)威洛倫茲大師,他也無(wú)法解釋洛倫茲變化方程中t隨速度變化的原因。而且有一個(gè)問(wèn)題一直沒(méi)有解決,那就是光速的問(wèn)題,即光速是相對(duì)什么而言的。人們都相信光是在一種叫做“以太”的介質(zhì)中傳播的??茖W(xué)家們想盡辦法來(lái)證明以太的存在,其中最為著名的是邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn),他被號(hào)稱“最成功的失敗”,因?yàn)樗∏∽C明了以太的不存在,光速問(wèn)題這朵烏云一直在物理學(xué)的上空揮之不去。
愛(ài)因斯坦的思考
光速不變: 首先,我們知道光就是電磁波的一種,電磁波是變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)交替產(chǎn)生的。假如我現(xiàn)在以光速c飛行,我拿著一個(gè)手電筒打出一束光,那么在旁邊的觀測(cè)者看來(lái),這束光的速度是2c么?不可能,因?yàn)辂溈怂鬼f和赫茲分別證明了光的傳播速度只和介質(zhì)有光以及電磁波的波速和波源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān),那么,在外部的觀測(cè)者而言,盡管我已經(jīng)達(dá)到了光速,但從我身上發(fā)出的光依然是c。再假如我以光速飛行,旁邊有一束光或者一束電磁波。我難道看到的就是一個(gè)靜止的的電磁波么?電磁波就不會(huì)交替感應(yīng)下去,顯然不會(huì)。就好比報(bào)數(shù),同樣的一隊(duì)人報(bào)數(shù),無(wú)論是在火車上還是飛機(jī)上,他們的反應(yīng)是一樣的,報(bào)數(shù)的速度也應(yīng)該是一樣的。這么說(shuō)來(lái),光速對(duì)于任何參考系來(lái)說(shuō)都應(yīng)該是恒定的。至于以太,愛(ài)因斯坦直接把他剔除掉了,因?yàn)樗J(rèn)為以太根本不存在,光的傳播不需要介質(zhì)。光在真空中的傳播速度恒定為c。
物理規(guī)律不變 :這個(gè)很好理解,就是在慣性系中(勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止),你無(wú)法通過(guò)任何物理實(shí)驗(yàn)(比如在光滑的桌面上放圓球,觀察其運(yùn)動(dòng))來(lái)判斷自己的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),即所有物理規(guī)律保持不變。假如你是在非勻速的電梯里實(shí)驗(yàn),你能準(zhǔn)確測(cè)出重力加速度么?那么問(wèn)題來(lái)了,如果勻速直線運(yùn)動(dòng)的火車速度為 v我朝著火車行進(jìn)方向打出一道光,那么路邊的人看來(lái)這道光的速度必須符合伽利略的速度相加定理為c+v,那么這就和光速不變相矛盾了。這個(gè)問(wèn)題后面會(huì)有答案
同時(shí)性的相對(duì)性:如何來(lái)解釋同時(shí)呢?相信你怎么都說(shuō)不好,但就是覺(jué)得這是很簡(jiǎn)單的一回事。但同時(shí),真的會(huì)都同時(shí)么?我們看一個(gè)實(shí)驗(yàn),假設(shè)鐵軌AB兩點(diǎn)相聚100w公里,各有一個(gè)激光發(fā)射器,你站在AB中心的路邊上不動(dòng)按下開(kāi)關(guān)(兩燈共用一個(gè)開(kāi)關(guān)),AB亮點(diǎn)同時(shí)向中點(diǎn)射出激光,由于光速一致,距離一致,你同時(shí)看到兩道光,用時(shí)5/3秒。假設(shè),你現(xiàn)在是在火車上朝B點(diǎn)運(yùn)動(dòng),火車通過(guò)中點(diǎn)的一瞬間接通開(kāi)關(guān),光在射向中點(diǎn)時(shí)你還朝B點(diǎn)行進(jìn)了一段距離所以看到B點(diǎn)的光肯定小于5/3秒,A點(diǎn)的肯定大于5/3秒,同時(shí)射出的光對(duì)于運(yùn)動(dòng)的你來(lái)說(shuō)不是同時(shí)發(fā)生的。這個(gè)就是同時(shí)性的相對(duì)性。(這里是在光速不變的前提下實(shí)驗(yàn)的)
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時(shí)間會(huì)膨脹 :什么是時(shí)間?和同時(shí)一樣,看起來(lái)很簡(jiǎn)單的一回事我們卻不知道該怎么描述,看看我們現(xiàn)實(shí)生活中是如何定義時(shí)間的吧。一秒鐘為:銫133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能階之間躍遷時(shí)所輻射的電磁波的周期的9,192,631,770倍的時(shí)間。說(shuō)人話,就可以理解為一個(gè)鐘擺來(lái)回?cái)[動(dòng)一次為一秒?,F(xiàn)在繼續(xù)想象,我們用光子(光既是波也是粒子,愛(ài)因斯坦有論證)來(lái)做個(gè)光子鐘,用兩塊板子相距一定距離L,讓一個(gè)光子在其中來(lái)回跳動(dòng)。假設(shè)我們把光子來(lái)回跑10億次定義為1秒。注意,這里又是光速不變。兩個(gè)光子鐘,一個(gè)放地上靜止不動(dòng),一個(gè)板子與地面呈平行狀態(tài)向前運(yùn)動(dòng)。我們現(xiàn)在放慢速度,觀察一個(gè)來(lái)回間光子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。首先是地面的,來(lái)回跑了兩個(gè)L的距離。但是天上運(yùn)動(dòng)的那個(gè)呢?通過(guò)位移疊加(物理規(guī)律不變)可以知道,向上運(yùn)動(dòng)時(shí),光子有個(gè)向上的位移,還有個(gè)水平方向的位移。同理,光子向下運(yùn)動(dòng)時(shí)也有水平方向的位移。一合成后發(fā)現(xiàn),它的運(yùn)動(dòng)軌跡是個(gè)倒V型。取一半的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)現(xiàn),如下
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這里通過(guò)勾股定理可以寫出一個(gè)等式。(ct`)^2 = (ct)^2 + (vt`)^2 。整理這個(gè)等式,你就會(huì)得到愛(ài)因斯坦神奇的時(shí)間變換公式。如下。
時(shí)間變換公式
通過(guò)這個(gè)公式我們可以發(fā)現(xiàn),隨著速度增大,t`就會(huì)增大即t / t`變小,嗯,沒(méi)錯(cuò),你的時(shí)間相對(duì)于別人變慢了。當(dāng)接近光速時(shí),t`趨于無(wú)限。當(dāng)v比c還要大,即超越光速時(shí),結(jié)果成了一個(gè)虛數(shù),這個(gè)不是時(shí)間倒流,虛數(shù)沒(méi)有任何意義。這里你還可以這么來(lái)理解,同樣是一個(gè)來(lái)回,天上運(yùn)動(dòng)的光子運(yùn)動(dòng)的距離肯定大于2L,又由于光速不變,所以t`必須要變大,天上的光子的一個(gè)來(lái)回(一秒)變久了,即時(shí)間膨脹了!- 題外話——關(guān)于時(shí)間穿梭: 好,看到這里,肯定會(huì)有人迫不及待了,運(yùn)動(dòng)越快時(shí)間越慢,那么我們坐上200km/h的高鐵出發(fā)吧,100年后下車,你就會(huì)比你的雙胞胎兄弟年輕53.6秒。換飛機(jī)300m/s,100年后,年輕了26.3分鐘。這些都太廢材了,那假如我們的速度達(dá)到0.99999c呢,恭喜,你的一年大概相當(dāng)于地球人的224年。但是……即便如此,你也不可能長(zhǎng)壽,即便你永遠(yuǎn)這么運(yùn)動(dòng)下去。如果你坐上這么一艘飛船飛了一年,地球確實(shí)過(guò)去了224年,但對(duì)于你自己來(lái)說(shuō),你確確實(shí)實(shí)只是感受到生命中的一年,時(shí)間到了,你一樣要去跟上帝報(bào)道。雖然你可以穿梭時(shí)間,但在地球人眼里(如果能看到的話),你很可憐,因?yàn)槲覀冏咭徊揭幻腌娋屯炅耍阋徊阶吡?24秒,你成了蝸牛,但你自己的感受而言,一切是正常的。這一切必須是基于閔氏空間(時(shí)空彎曲率為0)的慣性系才有效;
- 題外話——t`/t: 將公式這樣變換后另一邊得到的是洛倫茲因子,這個(gè)是洛倫茲推導(dǎo)出來(lái)的,具體我也還不是很了解。以后再看。
- 題外話——證明:狹義相對(duì)論于1905年誕生,到現(xiàn)在100多年了,已經(jīng)被反復(fù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了。有很多粒子,比如GPS定位,天上的衛(wèi)星由于狹義相對(duì)論會(huì)比地面時(shí)間每天快37微秒,如果不每天修正這個(gè)誤差,反應(yīng)到地面的定位會(huì)誤差數(shù)十千米。還有美國(guó)海軍天文臺(tái)也曾做實(shí)現(xiàn)讓飛機(jī)帶著原子鐘環(huán)球航行證明了狹義相對(duì)論。
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空間會(huì)收縮 :首先,我們還是要改善一下我們的日常思維。關(guān)于長(zhǎng)度,日常生活中,我們?cè)鯓哟_定或者定義長(zhǎng)度?相信你我回答都差不多——用尺子量啊。這樣沒(méi)錯(cuò),但在計(jì)算時(shí)為了方便,我們可以通過(guò)建立一個(gè)坐標(biāo)系,將一個(gè)物體兩端的坐標(biāo)值相減即得到了物體的長(zhǎng)度,這個(gè)高中數(shù)學(xué)我們都學(xué)過(guò)。既然時(shí)間不是絕對(duì)的,那么空間是不是也應(yīng)該沒(méi)有絕對(duì)相同的呢?通過(guò)伽利略變換和洛倫茲變換結(jié)合(推導(dǎo)略),整理出尺縮效應(yīng)的公式。即運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,物體在運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度會(huì)變小,這種收縮不是任何機(jī)械的、化學(xué)的原因,而是由于空間整個(gè)都縮小了導(dǎo)致的,當(dāng)然同處一個(gè)空間的你是察覺(jué)不出的,這是外部觀察這看到的結(jié)果。
圖2- 題外話:我們?cè)賮?lái)算一下,當(dāng)我們坐在300km/h的高鐵上時(shí),長(zhǎng)度會(huì)收縮多少呢?大概時(shí)10^-13米,差不多是一根針尖的千萬(wàn)分之一。如果是同上面一樣的速度的話,那就是224倍,別人看你就成了一張紙。
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速度合成 :通過(guò)上面,我們發(fā)現(xiàn)時(shí)間,距離的計(jì)算方式都被重新修正了。那么,速度也應(yīng)該要被修正。不能是伽利略的速度相加定理了(w=u+v)。又是一通變化計(jì)算。新的速度合成公式出來(lái)了。
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這里,上面物理規(guī)律不變里面提到的那個(gè)問(wèn)題也就解決了。在常規(guī)狀態(tài)下,uv遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速的平方,結(jié)果幾乎和伽利略速度相加定理一致。在宏觀條件下,無(wú)論速度如何疊加,最后的速度依然不會(huì)超過(guò)光速。因此我在速度為v的火車上打出一道光,相對(duì)路人的速度通過(guò)計(jì)算,依然是c,光速不變。如果這時(shí)候有人特么的來(lái)攪局,假設(shè)是兩道光背道而馳呢?好問(wèn)題,是個(gè)人才!這里就會(huì)出現(xiàn)分子分母同時(shí)為0,就數(shù)學(xué)意義而言,這個(gè)公式是沒(méi)有意義的。需要指出的是光不能作為參照系,因?yàn)楣庾邮菦](méi)有靜止質(zhì)量的(有運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,根據(jù)質(zhì)能方程),因而也沒(méi)有慣性,不能作為參考系。而且參考系是要選擇相對(duì)靜止的物體的,而光子靜止了就不存在了,假設(shè)崩塌。 -
質(zhì)速關(guān)系: 根據(jù)動(dòng)量守恒 mv = m1v1 ,再加上新的速度合成公式,推導(dǎo)出圖2中的第一個(gè)公式。這里可以看到,速度約接近光速,質(zhì)量越大,要把他加速的力也就越大,當(dāng)趨于無(wú)限大時(shí),力也要變的無(wú)限大,顯然,我們做不到。而光子,說(shuō)了,光子沒(méi)有靜止質(zhì)量,因而可以達(dá)到光速。
- 超越光速:由前面的知識(shí),無(wú)論是速度合成也要,還是質(zhì)速關(guān)系式也好,我們都可以知道無(wú)法超越光速。這時(shí),人們提出問(wèn)題。(1)我拿著手電筒對(duì)著天空一秒掃出一個(gè)扇形,距離越遠(yuǎn)弧越長(zhǎng),假設(shè)在1000w千米外掃過(guò)的弧長(zhǎng)為1億千米。那我這個(gè)1000w公里處的光子1秒鐘掃過(guò)了1億公里,超過(guò)了光速啊。(2)同樣是掃,我拿一根足夠長(zhǎng)的棍子,1億千米,我這端動(dòng)一下,那邊是不是也瞬間跟著動(dòng),超過(guò)光速了?(3)還是拿著手電筒這么一掃,不過(guò)前面放跟棍子,那么遠(yuǎn)方會(huì)投射出影子,那影子的移動(dòng)是不是超越光速了?回答: (1) 光是有速度的,這邊的移動(dòng)并不會(huì)馬上導(dǎo)致另一端的移動(dòng),因而,光子也不是1秒鐘掃過(guò)1億公里的。具體可以參考小孩端著水槍掃時(shí)水的運(yùn)動(dòng)軌跡。(2)和前面原理相同,力的傳播也是有一定速度的。(3)影子的速度確實(shí)超越光速了。相對(duì)論允許超越光速的存在,但這個(gè)存在是不能傳遞任何能量和信息的。
- 死敵:愛(ài)因斯坦提出了能量和信息的傳遞無(wú)法超越光速的結(jié)論。人們?cè)O(shè)計(jì)了各種思維實(shí)驗(yàn)試圖來(lái)打破它,但均禁不起推敲。直到碰到了玻爾,也就是量子論。愛(ài)因斯坦和幾位物理學(xué)家設(shè)計(jì)了名垂千古的EPR實(shí)驗(yàn)試圖來(lái)搞量子論。其大致內(nèi)容是,一個(gè)粒子如果一分為A B粒子。兩個(gè)粒子必定會(huì)自旋,一個(gè)必定向右,一個(gè)必定向左。根據(jù)量子論的不確定原理,A粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在“觀測(cè)”前是無(wú)法確定的(同時(shí)處于左旋和右旋的狀態(tài)),一旦觀測(cè),它便會(huì)確定為某種狀態(tài),B的狀態(tài)也會(huì)同時(shí)確定。那么當(dāng)A被觀測(cè)為左旋時(shí),B是如何知道自己要右旋的呢?它們之間難道存在這超光速的通訊么?玻爾回答他不反對(duì)狹義相對(duì)論,但這里的問(wèn)題在于,AB雖然分開(kāi)了,但他們?nèi)匀皇且粋€(gè)整體,他們都處于一種量子糾纏態(tài)中,無(wú)論相距多遠(yuǎn),哪怕處于宇宙兩端他們也是糾纏在一起的,他們不需要超光速的信號(hào)就能達(dá)成一致,一個(gè)左旋一個(gè)必定右旋。(后面的話我也理解不了)在我們觀測(cè)之前去討論他們到底是左旋還是右旋是沒(méi)有意義的,我們只能認(rèn)為他們同時(shí)處于兩種狀態(tài)中,觀測(cè)行為本身就是結(jié)果的一部分,沒(méi)有觀測(cè)這個(gè)行為就不會(huì)有左右旋的結(jié)果。說(shuō)白了,玻爾承認(rèn)相對(duì)論,承認(rèn)光速上限的說(shuō)法,但他的解釋在愛(ài)因斯坦看來(lái)是唯心的,他放棄了物理世界的客觀實(shí)在性。最后在1982年,EPR實(shí)驗(yàn)得到了嚴(yán)格的檢驗(yàn),玻爾的預(yù)言完全正確,但相對(duì)論也沒(méi)有被打破。
質(zhì)能公式 :最后,愛(ài)因斯坦要對(duì)動(dòng)能定理動(dòng)手了,在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,動(dòng)能定理也要加以修正才能適用。結(jié)合前面的公式,最后推導(dǎo)出了科學(xué)史上最廣為人知的公式: E=mc^2 。這個(gè)公式是如此簡(jiǎn)潔而美觀,幾乎成了相對(duì)論和愛(ài)因斯坦的代名詞。這個(gè)公式說(shuō)明質(zhì)量和能量其實(shí)是一回事,可以相互轉(zhuǎn)化。由于c太大了,所以如果物質(zhì)轉(zhuǎn)換為能量效率為100%的話,一個(gè)70公斤的人的能量幾乎相當(dāng)于30多顆氫彈。不過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)換太難了,原子彈的轉(zhuǎn)換效率連1%都不到。質(zhì)量轉(zhuǎn)為能量很好理解,有核武器啊,太陽(yáng)啊,他們都是質(zhì)量轉(zhuǎn)能量的例子,但能量轉(zhuǎn)質(zhì)量呢?有,前面提到的光子,光子的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量就是由于能量產(chǎn)生的。還有原子,原子的一部分質(zhì)量就是由于高速運(yùn)動(dòng)的電子所具有的動(dòng)能展現(xiàn)出來(lái)的。
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再談時(shí)間穿梭:前面我們談到,當(dāng)我們以接近光速的速度v飛向宇宙時(shí),我們的時(shí)間會(huì)膨脹,地球上的雙胞胎哥哥A看你是老的比他慢多了。但同樣你以自己為參考系,地球是在以v的速度離開(kāi)自己的,你看著A明顯衰老的比自己慢多了。根據(jù)相對(duì)論,做慣性運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體是對(duì)等的,所以這兩種說(shuō)法都是對(duì)的,這時(shí)候,你們到底誰(shuí)年輕呢?需要指出的是這里實(shí)際比較的是雙方流逝的固有時(shí)間,這個(gè)相對(duì)任何參照系都是固定的。這個(gè)問(wèn)題困擾了我很久。我們可以這樣思考,假如在地球上兩個(gè)物體都做勻速直線運(yùn)動(dòng),一個(gè)A 3m/s , 一個(gè)B 2m/s , 同向而行,那么在A看來(lái),B在以1m/s的遠(yuǎn)離我,同樣,在B看來(lái),A也在以1m/s的速度遠(yuǎn)離我。因此我們看到如果就自身而言,看到的都是對(duì)方的速度比我快,所以,我們看到的結(jié)果是一樣的,但是你們可能會(huì)想到,我找個(gè)路人以地面為參考系不就可以比較出AB的速度了啊,是的,可以。那是不是這里我們引入一個(gè)第三方的參考系就可以比較兩兄弟誰(shuí)老的快了呢?答案依然是不可以,因?yàn)樵谌绱撕暧^的范圍內(nèi),光速也會(huì)不夠用,這里我們要聯(lián)系到多普勒效應(yīng),這里就不詳細(xì)敘述了,總之,我們遠(yuǎn)離一個(gè)物體,就是朝著它的“過(guò)去前進(jìn)的”,遠(yuǎn)離的越快,它的過(guò)去就演變得越慢,這里打個(gè)比喻,首先要知道,我們看到的物體都是過(guò)去的,因?yàn)楣鈴奈矬w到達(dá)我們眼睛需要時(shí)間,所以我們看到的太陽(yáng)是八分鐘之前的太陽(yáng),假設(shè)我我們看到8點(diǎn)整看到一縷陽(yáng)光,也就是說(shuō)7點(diǎn)52分0秒的太陽(yáng),如果我們不動(dòng),我們?cè)谙乱幻肟吹降膽?yīng)該是7點(diǎn)52分1秒的太陽(yáng),但是如果我們地球向后移動(dòng)了一段距離,用了一秒,本應(yīng)該被我們接收到的7點(diǎn)52分1秒發(fā)出的陽(yáng)光必須再花半秒鐘來(lái)追上我們,所以,我們?cè)?點(diǎn)0分1.5秒才看到這道光,也就是說(shuō)太陽(yáng)這1秒內(nèi)的變化我們用了1.5秒才看完,我們?nèi)绻笸嗽娇欤庾飞衔覀冊(cè)挼臅r(shí)間越長(zhǎng),太陽(yáng)也就演變得越慢。所以說(shuō),就算是引入第三方來(lái)觀測(cè)也不一定準(zhǔn)確,看到的不一定就是事實(shí)。因此在這里我們認(rèn)為是不能比較的。你要比誰(shuí)更年輕,就是比誰(shuí)的時(shí)間過(guò)的少,怎樣來(lái)時(shí)間?用我們的上面最最精確的光子鐘震動(dòng)10億次算一秒,你打個(gè)電話告訴哥哥,“我這里從出發(fā)到現(xiàn)在光子鐘震動(dòng)100億次了,也就是10秒了”,假如哥哥此時(shí)震動(dòng)了90億次, 但電磁波經(jīng)過(guò)2s到達(dá)地球,哥哥收到信息是2s后了,這里問(wèn)題就來(lái)了,哥哥記錄下此時(shí)他的光子鐘震動(dòng)次數(shù)110億次,哥哥反而比弟弟年輕了1s,這里就是”同時(shí)性的相對(duì)性“的體現(xiàn),他們永遠(yuǎn)得不到真正的答案。所以如果要比較,必須同時(shí)同地放一起比較,但只要我停下來(lái),或者說(shuō)我一旦回到了地球,這種情況將不復(fù)存在,因?yàn)槲乙坏p速掉頭,我便是朝著“哥哥的現(xiàn)在”前進(jìn)的,那么在我看到的是哥哥在加速老去的,直到衰老程度超過(guò)我。回到地球,由于我相對(duì)地球作了一系列運(yùn)動(dòng),我所經(jīng)歷的時(shí)間相對(duì)地球變慢了,我更年輕,這時(shí)候拿出光子鐘便非常容易得到結(jié)果。但,如果,A以更快的速度追上了我,那么他也就比我年輕。所以我們可以知道,放在誰(shuí)所處的地方比較誰(shuí)就更老。這個(gè)問(wèn)題就是經(jīng)典的雙子佯謬問(wèn)題,網(wǎng)上主要是以廣義相對(duì)論來(lái)解釋的,有很多人認(rèn)為這個(gè)問(wèn)題在不考慮引力效應(yīng)的情況下,用狹義相對(duì)論也可以解釋,這個(gè)就是我從狹義相對(duì)論的方向給出的解釋。其實(shí)網(wǎng)上有很多資料,可以算出具體相差多少歲,那個(gè)就不在我能力范圍了。其實(shí)這個(gè)用閔氏空間的世界線的方法解釋更加直觀。由于飛船存在加速減速掉頭的過(guò)程,不能看作慣性運(yùn)動(dòng),因此以地球?yàn)閰⒖甲魇澜缇€比較合適,作慣性運(yùn)動(dòng)的為直線,非慣性為曲線。這里曲線是比直線要短的(偽歐氏幾何作怪),答案就有了!
閔氏世界性時(shí)間流逝
再一個(gè)簡(jiǎn)單的就是想象一根棍子表示地球十年長(zhǎng)度,筆直時(shí)代表地球的時(shí)間流逝,掰彎代表飛船的時(shí)間流,逝掰彎后,兩端的直線距離必定小于筆直時(shí)的長(zhǎng)度(這里就是正常思維了)。
這里我覺(jué)得還可以用四維時(shí)空坐標(biāo)系來(lái)理解也是可以的。我們可以把全宇宙想象成一個(gè)坐標(biāo)系,坐標(biāo)系有四個(gè)軸,時(shí)間軸T,空間軸XYZ,任何物體的運(yùn)動(dòng)軌跡都可以在坐標(biāo)上表示出來(lái)。在四維時(shí)空里,所有人都是以光速運(yùn)動(dòng)的,當(dāng)我們靜止時(shí),速度全在時(shí)間軸上,當(dāng)我們運(yùn)動(dòng)時(shí),由于速度還要分解為XYZ軸方向,所以時(shí)間軸上的速度變慢,神奇吧!
最后
本來(lái)是心血來(lái)潮的一件事,卻花了近4個(gè)晚上才寫完,這還不包括查資料啊,梳理啊花費(fèi)的時(shí)間。寫了這么多,我不敢說(shuō)我理解狹義相對(duì)論了。但我至少對(duì)于我們的時(shí)空有了一個(gè)新的稍微深入點(diǎn)的認(rèn)識(shí)。理論物理是一門很神奇的學(xué)科,很多物理規(guī)律完全可以通過(guò)數(shù)學(xué)的推導(dǎo)來(lái)證明出來(lái),同樣,很多數(shù)學(xué)上的函數(shù)方程也都有其對(duì)應(yīng)的物理意義。整個(gè)相對(duì)論,包括廣義相對(duì)論大量運(yùn)動(dòng)的微積分,空間幾何,坐標(biāo)變換等高等數(shù)學(xué)知識(shí),愛(ài)因斯坦為了詳細(xì)的闡明廣義相對(duì)論曾專門進(jìn)修了一年的數(shù)學(xué)。所以這里我這數(shù)學(xué)渣渣就不強(qiáng)行裝逼了,盡量不去往數(shù)學(xué)方面靠攏。這里是狹義相對(duì)論,廣義相對(duì)論本來(lái)是打算放在一起寫的,但好像篇幅有點(diǎn)長(zhǎng),另起一篇吧?,F(xiàn)在是2017年12月31日21點(diǎn)20分,提前祝自己新年快樂(lè)。