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愛因斯坦的相對論作為現(xiàn)代物理最為重要的一塊基石,它的名聲可謂是家喻戶曉,而如此崇高聲譽(yù)的背后,除了相對論作為科學(xué)理論本身具備的優(yōu)越性之外,媒體的廣泛宣傳更是重要的一環(huán)。 然后想要真正了解相對論,并不是宣傳上的三言兩語就能清楚的,因此出現(xiàn)了許多關(guān)于相對論的謠言(一些不正確的認(rèn)知),其中最為著名的一條可能就是——“相對論承認(rèn)穿越時(shí)空的可能,但只有超越光速才能回到過去” 關(guān)于這條謠言,小編本人我就有親身體會(huì),因?yàn)槲以谏铣踔袝r(shí)就深深的相信這句話,一直認(rèn)為超越光速就能回到過去。至于當(dāng)時(shí)我是從什么途徑聽說而來的就記不清楚了,只不過當(dāng)時(shí)對于愛因斯坦是非常非常的崇拜(這都得益于當(dāng)時(shí)看的一些書籍和電視上的節(jié)目)。 實(shí)際上這條謠言的來源確實(shí)是起自愛因斯坦的相對論,因?yàn)樵谙鄬φ撝?,人們對世界的認(rèn)知中,最科學(xué)的就是牛頓的絕對時(shí)空觀了,它告訴我們,時(shí)間是獨(dú)立的,物體在空間的運(yùn)動(dòng)變化都不會(huì)影響到時(shí)間的流逝,它對于每個(gè)人來說都是一樣的。(這種觀點(diǎn)實(shí)際上也非常符合人們的日常生活經(jīng)驗(yàn)) 在這樣的認(rèn)知下,人們幾乎是不可能將光速與時(shí)間扯到一塊去的,但隨著愛因斯坦的狹義相對論問世,時(shí)間和空間不再相互隔絕,而是一個(gè)整體,并且光速作為重要的一環(huán)被嵌入了狹義相對論。(實(shí)際上,狹義相對論如果不是由愛因斯坦提出,那么也會(huì)很快的由其他科學(xué)家提出,因?yàn)楫?dāng)時(shí)的形勢已經(jīng)是山雨欲來風(fēng)滿樓了) 而狹義相對論有著幾個(gè)知名度相當(dāng)高的推論,比如“鐘慢尺縮”,靜止參考系中運(yùn)動(dòng)的物體長度會(huì)縮短,時(shí)間會(huì)變慢。而其中關(guān)于時(shí)間的一條,則最為常人所津津樂道(因?yàn)槌吮疚囊f的這一謠言之外,還有一條被稱為雙生子佯謬的長期爭論) 很多人對于這條結(jié)論的認(rèn)識(shí)僅僅是“物體速度越快,時(shí)間就會(huì)變大越慢”,于是不少人就進(jìn)一步的拓展思維(甚至還參考了這條結(jié)論的公式),于是就認(rèn)為:不是說速度越快時(shí)間就越慢嗎?那么當(dāng)速度達(dá)到光速時(shí),時(shí)間不就停止了么?要是速度能超越光速,那么時(shí)間就能倒流,我們就能回到過去了! 這樣的結(jié)論乍一聽似乎不無道理(尤其是對于不了解的人來說),但實(shí)際上這種結(jié)論從根本上就錯(cuò)了,因?yàn)?span>物體的速度是不可能超越光速的,即便是達(dá)到光速都不被允許(注意這里所說物體是指具有靜止質(zhì)量的物體,光子就不適用)。 那么這是為什么呢?因?yàn)楠M義相對論有另一個(gè)推論在制約著它,那就是質(zhì)增效應(yīng),在速度變快的同時(shí),除了時(shí)間減慢之外,物體的質(zhì)量也在逐步增加,當(dāng)速度趨向于光速時(shí),質(zhì)量就會(huì)趨向于無窮大,顯而易見,宇宙中是沒有能源可以支持這一步成功的。 當(dāng)然啦,雖然我們無法穿回過去,但穿向未來卻是可能的,因?yàn)樽陨頃r(shí)間變慢,也就意味著外界時(shí)間正在加速流逝,比如自己乘坐亞光速飛船去宇宙其它地方逛了一圈,這一趟旅程,自己覺著只用了五年時(shí)間,但等到了地球,卻發(fā)現(xiàn)地球上已過去了千年之久。這不就是穿越到未來嗎? 但有朋友又會(huì)問了,狹義相對論是基于慣性系所得到的時(shí)空理論,但慣性系這種概念只是理想狀態(tài)存在的,宇宙中并不存在一個(gè)絕對的慣性系,那么既然物體不能在狹義相對論中超越光速,是否能在廣義相對論中超越呢? 答案還是否定的,狹義相對論作為廣義相對論的特殊形式(也就是平直時(shí)空相之于彎曲時(shí)空),這兩者的本質(zhì)是貫通的,如果咱們換用一種更為精確的語言來說,物質(zhì)在時(shí)空中走的都是類時(shí)曲線(光子是類光曲線),至于是哪種時(shí)空則不是重點(diǎn),平直或彎曲都成立。 這個(gè)曲線就是物體運(yùn)動(dòng)的世界線,而所謂世界線就是物體在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)路線,因?yàn)槲矬w在時(shí)空中的每一點(diǎn)都對應(yīng)著相應(yīng)的時(shí)刻以及空間位置,因此連貫起來就被稱為了世界線。 實(shí)際上這種曲線有三種,除了類光和類時(shí),還有一個(gè)類空的,如果放到平直時(shí)空來說,這種類空曲線就是指物體在進(jìn)行超光速運(yùn)動(dòng),然而這是被相對論所禁止的。因此咱們可以簡單的理解為:相對論世界中不允許類空曲線的存在。 實(shí)際上,如果不用上述的這種幾何語言,而是采用諸如相對于哪個(gè)參考系而言的速度之類的語言,則不能簡潔的說明問題,因?yàn)橄鄬τ诜菓T性系,利用坐標(biāo)得出的光速值有可能就不是我們熟悉的那個(gè)約每秒三十萬公里了。 雖然如此,但科學(xué)家卻在廣義相對論中找到了一些閉合類時(shí)曲線的存在,這種曲線所代表的含義就是,你可以在不違背相對論的情況下,返回過去。簡單來說,比如你在三維空間里行走,你可以毫不費(fèi)力的返回原點(diǎn)(比如圓周運(yùn)動(dòng)即可),如果你在時(shí)間維度上也能進(jìn)行“圓周運(yùn)動(dòng)”呢?也即是你在四維時(shí)空上能夠產(chǎn)生一條閉合的類時(shí)世界線,也就是回到過去。但顯而易見的是,這僅僅是理論上的可能,目前來看,實(shí)際上很難制造出來。 雖然廣義相對論中也不允許類空曲線的出現(xiàn),但同樣的我們也可以穿越未來,利用的是引力時(shí)間膨脹效應(yīng)(這一點(diǎn)在電影《星際穿越》中表現(xiàn)的非常明顯),在強(qiáng)引力的地方,時(shí)間流逝的會(huì)比較慢,因此我們可以在一些黑洞的附近“轉(zhuǎn)悠幾圈”,來減緩自身的時(shí)間流逝速率(當(dāng)然了,自己是感覺不到的),之后再回到地球,同樣會(huì)發(fā)現(xiàn),地球上已經(jīng)過去了相當(dāng)久遠(yuǎn)的時(shí)間。 總的來說,什么“速度達(dá)到光速,時(shí)間靜止;速度超越光速,時(shí)間就會(huì)倒流”,只是一個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)知而已。因此,關(guān)于“超越光速就能回到過去”的說法,就是一個(gè)謠言而已。 |
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