关于时间和空间的论文
相对论最早由德国+瑞士(双重国籍)物理学家爱因斯坦于1905年提出。当然,那时候还不叫相对论。那年他刚从哲学(也就是我们的物理学)毕业,发表了五篇重要论文,包括他的博士论文。其中一篇关于运动物体的电动力学,提出时间和空间是相对的,以此来解释从麦克斯韦方程组推导出的一个结论。这篇文章就是我们所说的为人类建立全新时空概念的物理理论——狭义相对论。
同年,他发表了另一篇关于狭义相对论的重要论文:“物体的惯性与它所包含的能量有关吗?在这篇论文中,他给出了一个著名的质能方程:e = MC ^ 2。但是讨论时间的相对性,我们其实只需要第一篇文章(关于运动物体的电动力学)。
在本文提出的划时代的物理理论中,爱因斯坦指出,时间和空间不是绝对的,它们是相对的,在不同的惯性参照系中看到的时间和空间是不同的。但他也指出,他们的时空作为一个整体是绝对的。
很多刚听过相对论的人都有一个误区,认为一切都是相对的,但其实相对论的核心有几个核心的绝对概念,比如绝对时空,绝对光速。然而,误解一旦产生,就很难消除,以至于他的新理论被赋予了“相对论”的名称,这是爱因斯坦内心所拒绝的...
但其实用什么样的名字并不重要。懂的人自然会懂,不懂的人你改个名字还是不懂...
回到正题,爱因斯坦在他的狭义相对论中提出,时间和空间是相对的,在不同的参考系中测得的时空长度会有所不同。对于静止参照系上的观察者(比如地球上的人),高速运动物体(比如高速航天器)所在参照系的时间间隔会变长,空间长度会变短。我们现在称这种效应为钟慢效应(或时间膨胀效应)和尺度收缩效应(或空间收缩效应)。
那么我们现在就可以回答这个问题了,人以光速运动,就不会永生。根据时间膨胀效应的推断,当运动速度接近光速时,时间会变得越来越慢(时间间隔越来越大)。由此推断,当运动速度达到光速时,时间就会停止,时间不会永生。是的,在地球人眼里,以光速运动的人确实是不死的,因为时间停止了(时间间隔是无限的)。
然而这是“在地球人眼里”。显然在狭义相对论下是相对的。在地球人看来,高速运动的人时间慢,但高速运动的人不这么认为。在高速运动的人眼里,自己的时间是正常的,但是外界的时间会变慢。这就是著名的孪生子悖论,它告诉我们,在观测者自己的参照系(无论是地球观测者还是高速观测者)看来,时间是正常“流逝”的。
以光速运动的人呢?答案是:没有这样的参照系...这是狭义相对论的一个结论:光速不能作为参照系。
其实你很容易理解为什么,对于一个时间静止的参照系,即使有观察者在上面,他也无法做出任何观察,因为他没有时间去观察...
这很尴尬。不是说高速运动的人觉得自己的时间很正常吗?怎么一达到光速就突然变了?这就要提到爱因斯坦关于狭义相对论的第二篇论文了。
钟慢效应和标度效应是在光速不变的原理基础上推导出来的,也就是说,它们的基础是光速不变。所谓光速不变,是指真空中的光速在所有惯性参照系中都是一样的,不会随着光源或观察者的移动而改变。也就是说不会叠加任何物体的速度,让人以为是运动速度的极限。所以运动物体无论怎么加速,都不可能超过光速。
在得到时间膨胀和空间收缩的相对论效应后,爱因斯坦在他的第二篇相对论论文中发现,当一个物体加速到接近光速时,无论给它提供多少能量继续加速,它都不能超过光速。那么问题来了。根据动能定理,当输入能量继续加速物体时,物体的动能应该继续增加。但由于光速的限制,物体的运动速度不能同步增加,导致输入能量和动能不能持续同步增加,输入能量并不产生相应的动能。那么输入的能量去了哪里?
最后,爱因斯坦用和时间膨胀、空间收缩一样的方法推导出了第三个相对论效应——质量膨胀。他指出,当一个运动的物体加速到接近光速时,它的质量相对于静止的观察者会增加,增加的质量就是之前加速过程中损失的能量!就这样,爱因斯坦无意间发现了一个宇宙的奥秘——质量=能量,这是他的狭义相对论中最伟大的发现——质量与能量的关系!
根据质量膨胀效应,当一个运动的物体被加速到接近光速时,它的相对质量会越来越大,用任何方法加速都会变得越来越困难。根据理论和数学推断,当它达到光速时,它的相对质量会变得无穷大,这显然是不可能的,因为即使我们找到整个宇宙的能量,也是一个有限值,而不是无穷大...所以很明显,对于一个静止质量的运动物体来说是不可能的。
一个有质量的高速运动物体和光速之间总是有不可逾越的鸿沟!
从地球的角度来看,当一个人无限接近光速运动时,他的时间会趋近于停止,所以对我们来说他是不朽的。但是对于无限接近光速的人来说,他走过的时间并没有改变。在他看来,一秒还是一秒,一天还是一天,一年还是一年,但在他看来,也许宇宙不是在654.38+038亿年诞生的...
但是他的速度永远不会达到光速,他的时间永远不会停止,所以在他自己看来,他永远不会永生...
我在前面的结论里提到“在他看来,也许宇宙在654.38+03.8亿年前还没有诞生”,突然想到。由于时间的相对性,根据狭义相对论,宇宙可能很快就诞生在一个无限接近光速的人身上,因为在他看来,整个宇宙比地球看到的要小(比例缩小效应)...如果他移动得足够快,看起来宇宙诞生还不到十年,他很可能比他自己的年龄还年轻...一个在宇宙诞生之前出生的人出现了...