摘要:时光,千百年来哲学家与科学家们无不深思其义,然而直至爱因斯坦的到来,这一概念才绽放出新的光华,他引导我们以崭新的角度审视往昔、当下与未来!
时光,千百年来哲学家与科学家们无不深思其义,然而直至爱因斯坦的到来,这一概念才绽放出新的光华,他引导我们以崭新的角度审视往昔、当下与未来!
“时光”究竟是何物?对我们而言,它是个异常抽象的观念,我们通过日出日落见证了它,通过空中石块的下坠见证了它,通过岁月在面容上留下的痕迹见证了它。即便如此,我们依旧无法洞悉“时光”的确切形象。
我们只知晓时光拥有众多特性,比方说方向性,时光只向前而无后退之理,时光乃是矢量;时光的相等性,自宇宙大爆炸以来,时光并未在任何特定时刻加速或减缓。地球上的你与我,不论聪明愚笨,贫穷富贵,一日之长,不外乎24小时。
然而,不得不提的是,这样的均等性实为相对而言,因为在同等的时空结构与相对速度下,时光才保持均等。而对于处于不同时空结构与不同相对速度的两个物体而言,时光则不具备均等性。何以见得?因为时光与万物一般,也会受到其他因素的影响,例如质量与速度!
爱因斯坦在相对论中所述:时光无法与空间、物质割席解说。换言之,若无空间则无时光之义,反之若无物质时光亦无意义。当然,若无空间,物质亦无存在之理。
爱因斯坦认为,时光与空间共同构成了我们所知的四维时空(长、宽、高、时间),这四维时空正是我们宇宙的基础架构。此外,在测量层面,时光与空间并非一成不变。在不同相对速度或不同时空结构下的测量,将会观测到时光流逝的差异。影响时光流逝的两大主要因素,便是质量与速度!
质量对时光的影响
根据爱因斯坦广义相对论所述,真空如同一张平坦的渔网,而带有质量的天体则似在渔网上放置的铅球!那部分因质量而凹陷的空间,相对于平整空间在曲面上所历经的时光,要比后者长。
根据相对论的数学演算,质量极大的物体(比如黑洞)附近时光的流逝,较之远离大质量物体之处要慢。
你可能觉得此论难以置信,但质量对时光的影响早已不是秘密,且已得到证实并应用。例如全球定位系统GPS。在GPS的研发与应用过程中,科学家们发现,无论他们如何修正,总是存在数公里的定位偏差。直至将爱因斯坦相对论中质量对时光的影响纳入考量,此种系统偏差才得以消解。
我们所知卫星远离地球表面,根据万有引力,地面的重力场要强于卫星所在轨道的重力场,在这两种不同的重力场作用下,地面时光的流逝要比卫星轨道时光的流逝快,虽然时间差异微小,但乘以客观距离放大比,此差异便显得显著。
速度对时光的影响
此外,爱因斯坦在狭义相对论中提出,时光具有“膨胀”效应:
假设有两个观察者,一位静止,一位朝静止者做相对运动,那么便会发现,做相对运动的观察者所见的时钟流逝速度,要比静止观察者附近的时钟流逝速度慢。
当然,现实中我们无法察觉此差异,因为相对运动的速度太小,时光流逝的差异几乎可以忽略不计。
接下来的问题是,怎样的速度能对时光产生显著影响?
科学家们想到了光,他们进行了一系列实验,让光以光速移动(包括相向与相离移动),然后计算时间差异。他们发现,无论光向哪个方向移动,光速都是恒定的,在光以光速行进的过程中,时间并未对它产生任何影响。
这一现象曾让许多科学家困惑,因为光速移动时速度并未影响时光。这是否意味着相对论有误?当然不是!爱因斯坦认为,光速是宇宙速度的上限,任何物体的速度都不可能超越光速。根据爱因斯坦的公式,物质速度若达到光速,时光即失去意义,不复存在。这便是速度对时光的影响!
奇点
现在我们明白,速度达到光速时光便失去意义。那作为时光另一影响因素的质量,在何种状态时光也会失去意义呢?
对于这个问题,现代物理学同样给出了满意答案。
然而,我们必须想象,若要产生如此影响,那就需要极大的质量。提及大质量,我们自然想到黑洞。
我们对黑洞的认知通常是其质量巨大,能吞噬周边一切,甚至连光也无法逃脱。
基于此认知,我们自然好奇黑洞内部究竟为何?为何有如此巨大的吸引力?当然,我们现在明白,黑洞的核心便是一个奇点!
那么奇点又是何物?我们须从黑洞形成说起。
我们知晓大质量恒星发光发热源于内部核聚变,核聚变产生是因为恒星巨大万有引力对内部物质(原子)的挤压。核聚变过程中释放出能量(光与热),当核聚变产生的爆炸与恒星自身坍塌的重力达到平衡,恒星便保持稳定,太阳便是如此。
然而,这一稳定最终因核聚原材耗尽而结束,进入下一阶段,即超红巨星,因为核聚变停止,恒星重力会无限压缩内部结构,最终将原子结构压缩成以原子核为主的天体,即中子星,并释放大量能量。在此过程中,天体可维持一段时间。
但随着时间流逝,天体重力再度占据上风,继续对内部物质压缩,若质量足够大,这种压缩可将物质压缩至空间为零,即奇点,此时黑洞形成。物质空间若无,自然时光、物质均失去意义,这便是质量对时光的终极影响。
英国科学家霍金利用爱因斯坦广义相对论中的爱因斯坦方程式进行逆向计算与推导,最终得出结论:宇宙有一个起点,由一场“大爆炸”开启。
这就是闻名世界的“宇宙大爆炸”理论。霍金在观点上基本继承了爱因斯坦的看法。他认为,物质与时空共存,只要物质在,时光便有意义。时光需能量维持,无能量的时光亦无意义。
时光倒流?
人类怀有美好愿景与憧憬,希望通过“时光旅行”回到过去,并在此过程中改变人类历史。不得不说,这种想法在现代电视剧中,尤其是中国穿越剧中频繁出现,是人们的期待,而这种期待是美好的。然而,这种期待却是对爱因斯坦关于时光解读的误解与偏见。
对此,爱因斯坦的见解如下:
1、“时光倒流或回到过去,实际上建立在一个不存在的逻辑之上。”
2、“现时、过去与将来之间的差异只是一种错觉。”
时光无法倒流
第一点解释为,电视剧中“回到过去”的设想都是不切实际的,不合逻辑的,一方面时光只朝一个方向流逝这是确定无疑的,而回到过去更是违背自然规律的。
根据霍金的解释,因为这违背了“时光悖论”,霍金假设人类能回到过去,若一人通过时光隧道回到过去,此时他看到之前的自己,并朝之前自己开枪,之前自己死亡,那么怎会有后来穿越时光隧道并开枪打死之前自己的事情呢?这明显违背了逻辑!
既然回到过去不切实际,那前往将来是否也如此呢?并非如此,前往将来理论上是可行的。因为这个假设并不违背时光的方向性,设想你乘坐航天器来到黑洞边缘,绕黑洞航行,我们知晓黑洞周边时光流逝速度比地球慢许多,若你在黑洞周边航行一小时,可能回到地球已是十几年后。
同理,若能乘坐接近光速的航行器,快速行进,你在航行器上度过一小时,回到地球时,地球已是自你乘坐航行器起的十几年之后。因此,通过时光旅行回到过去不可行,但我们可以穿越到未来,这是完全可能的。
时光录像带
第二点,“现时、过去与将来之间的差异只是一种错觉”,此观点大意为,时光为矢量,有方向性,尽管回到过去、时光倒流不可行,但时光流逝是连贯的,物质在时光中生成、发展、消亡,只是时光这种度量单位的记录方式。
就如一台“摄像机”,宇宙中所有发生之事,过去的、现在的与将来的,都只是在时光这台摄像机中,不断重复播放。
总结
由此看来,时光才是这个宇宙世界中真正的流通货币!
拥有时光则拥有一切,拥有时光则拥有未来!
来源:宇宙怪谈