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20140621读书-《时间简史》之霍金的时空-01

来源:扶风 发布时间:2014-8-30 13:15:08
北京-坤山:我们今天开始进入现代物理学的内容。今天的主题命名为“霍金的时空”吧。
李白有首著名的诗里面写到:“天地者万物之逆旅,光阴者百代之过客”。这表达了我们一般人的时空观:时间和空间就像是独立于人乃至万物存在的一个“基本环境”。而且我们所有的日常生活经验好像都在给我们证明时间和空间是独立于人存在的客观现实。小西应该非常赞成这个观点。不过这与佛教说得“十世古今,始终不离于当念;无边刹境,自他不隔于毫端”差得不是一星半点儿的。
金华--默:我也这么赞成。
北京-坤山:到底哪个说法是对的?我们本次东辕西辙的讨论就借助霍金的《时间简史》,从现代物理学的角度看一下,科学家们对于时间和空间理解的变化。
霍金在《时间简史》第二章“时间与空间”中先介绍了亚里士多德,伽利略和牛顿对于物体运动和引力的研究成果。讨论时空从这里开始,也许很多人会有些意外。不过如果我们仔细想想这个事情,如果没有了任何的物体,那么空间又如何定义呢?如果物体没有了任何运动和变化,那么时间又如何定义呢?当然更深入的一个问题是:如果没有了观察者,物体,时间和空间又如何定义呢?这个问题很值得思考一下,不过我们先看看时间简史的内容:我们现在关于物体运动的观念来自于伽利略和牛顿。
在他们之前,人们相信亚里士多德,他说物体的自然状态是静止的,并且只在受到力或冲击作用时才运动。这样,重的物体比轻的物体下落得更快,因为它受到更大的力将其拉向地球。当然我们都知道后来伽利略通过实验证明了亚里士多德是错的,重的和轻的物体的下落速度是一样的。不过不得不承认的是:亚里士多德的理论最接近人的日常经验了。可惜人的日常经验往往是有问题的。伽利略的测量被牛顿用来作为他的运动定律的基础。在伽利略的实验中,当物体从斜坡上滚下时,它一直受到不变的外力(它的重量),其效应是它被恒定地加速。
这表明,力的真正效应总是改变物体的速度,而不是像原先想像的那样,仅仅使之运动。同时,它还意味着,只要一个物体没有受到外力,它就会以同样的速度保持直线运动。这个思想是第一次被牛顿在1687年出版的《数学原理》一书中明白地叙述出来,并被称为牛顿第一定律。物体受力时发生的现象则由牛顿第二定律所给出:物体被加速或改变其速度,其改变率与所受外力成比例。物体的质量越大,则加速度越小。
汽车可提供一个熟知的例子,发动机的功率越大,则加速度越大,但是小汽车越重,则对同样的发动机加速度越小。除了他的运动定律,牛顿还发现了描述引力的定律:任何两个物体都相互吸引,其引力大小与每个物体的质量成正比。牛顿引力定律还告诉我们,物体之间的距离越远,则引力越小。这个定律极其精确地预言了地球、月亮和其他行星的轨道。
呵呵,这些都是中学物理的内容。
下面重点来了。
亚里士多德和伽利略/牛顿观念的巨大差别在于,亚里士多德相信存在一个优越的静止状态,任何没有受到外力和冲击的物体都采取这种状态。
美国-扶风:有就乱。
北京-坤山:上面的牛顿定律感觉有点儿乱吗?
美国-扶风:不是,这么些专业的东西堆积一起来,有点运算不过来。特别是亚里士多德以为地球是静止的。我们可能潜意识里面都以为地球是静止的吧。也不能怪亚里士多德。但是从牛顿定律引出,并不存在一个静止的唯一标准。
人们可以讲,物体A静止而物体B以不变的速度相对于物体A运动,或物体B静止而物体A运动,这两种讲法是等价的。
李海榕:牛顿的理论还好了,并没有太超出日常感知。
柴鹏:按照爱因斯坦的理论,宇宙中存在但是永远找不到一个绝对静止的坐标系。
北京-坤山:我是说潜意识,不是意识。
柴鹏:宇宙大爆炸前,肯定是静止的。
北京-坤山:例如,我们暂时将地球的自转和它绕太阳的公转置之一旁,则可以讲地球是静止的,一列火车以每小时90英里的速度向北前进,或火车是静止的,而地球以每小时90英里的速度向南运动。
如果一个人在火车上以运动的物体做实验,所有牛顿定律都成立。例如,在火车上打乓乒球,将会发现,正如在铁轨边上一张台桌上一样,乓乒球服从牛顿定律,所以无法得知是火车还是地球在运动。这个经历大家应该都有吧。坐飞机的时候,如果飞机不太颠簸,我们也感觉不出来飞机的速度。换句话说静止和匀速运动感觉上是没有区别的,所以没法定义绝对静止的概念。
李海榕:是。
柴鹏:在宇宙中任何地方做实验,都可以正否牛顿定律,包括在火车上。而且不能用数个牛顿定律在火车上成立的实验,得出在火车上牛顿定律就成立的结论。
北京-坤山:缺乏静止的绝对的标准表明,人们不能决定在不同时间发生的两个事件是否发生在空间的同一位置。这个就比较重要了,大家注意一下。
柴鹏:就是在火车上10000次验证牛顿定律,在火车上牛顿定律也可以不成立。
北京-坤山:例如,假定在火车上我们的乒乓球直上直下地弹跳,在一秒钟前后两次撞到桌面上的同一处。在铁轨上的人来看,这两次弹跳发生在大约相距100米的不同的位置,因为在这两回弹跳的间隔时间里,火车已在铁轨上走了这么远。这个可以理解吧?在火车上看是上下跳,但是在地面上看就不是了。
这样,绝对静止的不存在意味着,不能像亚里士多德相信的那样,给事件指定一个绝对的空间的位置。
柴鹏:光速恒定原理,最早就是在火车上得到的。光速恒定原离直接证否了牛顿力学。
北京-坤山:事件的位置以及它们之间的距离对于在火车上和铁轨上的人来讲是不同的,所以没有理由以为一个人的处境比他人更优越。这里比较关键,大家都理解了吗?为什么没有独立于观察者的绝对空间存在?
柴鹏:我说过了呀,宇宙大爆炸之前,绝对静止的东西存在呀。怎么老说。
豫-白开水:绝对静止存在之前,绝对静止存在吗?
北京-坤山:大家不回答就是不理解了,我理解。
柴鹏:不理解,反正我不知道宇宙大爆炸之前,如何相对运动的。
李海榕:时间和空间应该同时存在。
北京-坤山:还没有到时间,现在讨论的是客观空间的问题。
时照:柴鹏你要明白,今天老师讲的是时空。
北京-坤山:刚才那段就是通过牛顿力学,导出没有绝对空间的结论。这个过程大家理解吗?
柴鹏:绝对静止存在之前,绝对静止不存在,不能正否绝对静止存在。牛顿力学就三条定律,你是根据哪一条导出的?
北京-坤山:关键是这句话:缺乏静止的绝对的标准表明,人们不能决定在不同时间发生的两个事件是否发生在空间的同一位置。
李海榕:如果说一个物体不可能同时存在于两个空间,所以说没有绝对空间?
时照:老师说的空间的绝对静止不存在。请问宇宙爆炸之前有空间吗?
新疆-边际:这个推导是不是不能逻辑导出来?
柴鹏:宙爆炸之前没有空间,但是有坐标系。
北京-坤山:就是逻辑推导的啊,霍金的书里面写的。
野渡无人:不能再直白了吧,继续。
北京-坤山:但是这里是个关键,所以确认大家理解了。
豆子:这个推导很符合逻辑啊。
新疆-边际:我上次就卡在猫的声音里。
北京-坤山:关键就是这段:例如,假定在火车上我们的乓乒球直上直下地弹跳,在一秒钟前后两次撞到桌面上的同一处。在铁轨上的人来看,这两次弹跳发生在大约相距100米的不同的位置,因为在这两回弹跳的间隔时间里,火车已在铁轨上走了这么远。这样,绝对静止的不存在意味着,不能像亚里士多德相信的那样,给事件指定一个绝对的空间的位置。事件的位置以及它们之间的距离对于在火车上和铁轨上的人来讲是不同的,所以没有理由以为一个人的处境比他人更优越。
金华--默:因为不太能懂,今天瞪着眼睛看了两遍。
北京-坤山:大家不明白下去再看看就明白了。
新疆-边际:我信任老师,我自己慢慢想。老师请继续。
豆子:优越不优越看站在哪个角度看。
北京-坤山:因为对于火车上的人来说,乒乓球一直在桌面的一个点上跳,但是对地面上的人来说,乒乓球在空间不同的点上移动。两个人的空间感受是不一样的。
李海榕:翻译为优越,有点歧义。
北京-坤山:优越就是不能以任何一个人的为准。
豆子:是说优越感的虚幻。
北京-坤山:两个人是对等的,所以只能抛弃绝对空间的概念。牛顿对绝对位置或被称为绝对空间的不存在感到非常忧虑,因为这和他的绝对上帝的观念不一致。事实上,即使绝对空间的不存在被隐含在他的定律中,他也拒绝接受。因为这个非理性的信仰,他受到许多人的严厉批评,最有名的是贝克莱主教,他是一个相信所有的物质实体、空间和时间都是虚妄的哲学家。
山西-阳光之旅:几何与牛顿定律有密切的关系。
北京-坤山:大家不理解上面的实验的原因,是因为没有设身处地的站在火车上的人和地面上的人的角度看这个事情。而是站在一个”空中视角“看这个实验。假如我们是火车上的人,那么如果有人问你,乒乓球是不是在做垂直的运动。你的答案是什么的?
李海榕:是。
北京-坤山:答案应该是肯定的,但是由于火车其实是在运动的,所以这个垂直运动的答案对于地面上的人来说,是错误的。
时照:老师借用牛顿力学说空间视角问题。
新疆-边际:实验很明白,得出静止是相对的,没有绝对静止的标准。
北京-坤山:由于没有绝对静止,所以也就没有绝对空间了。
金华--默:是的只有相对来说。
山西-阳光之旅:有时空才会产生引力学力学。
北京-坤山:这些都是霍金的时间简史的内容,你要是有意见,可以去找霍金理论一下。
守根:但综合起来看就有个相对的结论吧。
新疆-边际:由于没有绝对静止,所以也就没有绝对空间了。就卡在这句话了。。呵呵,老师还是继续吧。。
豫-白开水:我想起了西游记中孙悟空在如来佛掌中反筋斗云。 不知道这个念头与火车中乒乓球的下落有没有关联。
山西-阳光之旅:所有的力学全来自于时空界体中时空外的还是时空。
北京-坤山:是的,牛顿力学对于火车上的人,和地面上的人都是成立的。换句话说牛顿力学其实已经证明了独立于观察者的客观空间是不存在的。我很奇怪为什么我们上物理课的时候,老师没有告诉我们这么重要的一个结论?
金华--默:就是这个意思。当然也不能怪我们的老师了,毕竟牛顿自己都没能从客观空间这个“错觉吸引子”里面中跳出来。
美国-扶风:太匪夷所思了,老师也不敢想。
李海榕:老师不关心空间。
北京-坤山:下面我们来看看时间的情况:亚里士多德和牛顿都相信绝对时间。也就是说,他们相信人们可以毫不含糊地测量两个事件之间的时间间隔,只要用好的钟,不管谁去测量,这个时间都是一样的。这也应该是我们的直觉吧。
时照:这就是“道观”全部所在,物理学的发展真不可思议。
北京-坤山:时间相对于空间是完全分开并独立的。这就是大部份人当作常识的观点。然而,我们必须改变这种关于空间和时间的观念。虽然这种显而易见的常识可以很好地对付运动甚慢的诸如苹果、行星的问题,但在处理以光速或接近光速运动的物体时却根本无效。
光以有限但非常高的速度传播的这一事实,由丹麦的天文学家欧尔•克里斯琴森•罗麦于1676年第一次发现。他观察到光速的数值为每秒140000英里,很接近真实值每秒186000英里。直到1865年,当英国的物理学家詹姆士•麦克斯韦成功地将当时用以描述电力和磁力的部分理论统一起来以后,才有了光传播的真正的理论。
麦克斯韦方程预言,在合并的电磁场中可以存在波动的微扰,它们以固定的速度,正如池塘水面上的涟漪那样运动。
麦克斯韦理论预言,无线电波或光波应以某一固定的速度运动。但是牛顿理论已经摆脱了绝对静止的观念,所以如果假定光是以固定的速度传播,人们必须说清这固定的速度是相对于何物来测量的。这样人们提出,甚至在“真空”中也存在着一种无所不在的称为“以太”的物体。正如声波在空气中一样,光波应该通过这以太传播,所以光速应是相对于以太而言。相对于以太运动的不同观察者,应看到光以不同的速度冲他们而来,但是光对以太的速度是不变的。特别是当地球穿过以太绕太阳公转时,在地球通过以太运动的方向测量的光速(当我们对光源运动时)应该大于在与运动垂直方向测量的光速(当我们不对光源运动时)。
1887年,阿尔贝特•麦克尔逊(后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者)和爱德华•莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。他们将在地球运动方向以及垂直于此方向的光速进行比较,使他们大为惊奇的是,他们发现这两个光速完全一样!
这个好像就是那天北京-Z说的19世纪物理学的两朵乌云之一。
在1887年到1905年之间,人们曾经好几次企图去解释麦克尔逊——莫雷实验。最著名者为荷兰物理学家亨得利克•罗洛兹,他是依据相对于以太运动的物体的收缩和钟变慢的机制。
柴鹏:一个是相对论的起源,一个是量子力学的起源。
北京-坤山:然而,一位迄至当时还不知名的瑞士专利局的职员阿尔贝特•爱因斯坦,在1905年的一篇著名的论文中指出,只要人们愿意抛弃绝对时间的观念的话,整个以太的观念则是多余的。
美国-扶风:这个看懂了。
北京-坤山:这个被称之为相对论的基本假设是,不管观察者以任何速度作自由运动,相对于他们而言,科学定律都应该是一样的。这对牛顿的运动定律当然是对的,但是现在这个观念被扩展到包括马克斯韦理论和光速:不管观察者运动多快,他们应测量到一样的光速。我们稍微停顿一下,感受一下这个理论。不管观察者运动多快,他们应测量到一样的光速。这是多么反直觉的一个假设啊。
柴鹏:明白,坐在火车上测量光速,并没有加上(或者减去)火车的速度。
山西-阳光之旅:时间问题。
北京-坤山:大家不觉得很奇怪吗?我就觉得很奇怪。
山西-阳光之旅:不奇怪。
豆子:说明光不独立于观察者之外吗?
北京-坤山:我也是这么想的。
柴鹏:不奇怪呀,虽然光速未变,但是频率变了。
新疆-边际:是奇怪,呵呵。
柴鹏:迎面而来的光源向紫端移动。背离的光源向红端移动。
豆子:如果光独立于观察者之外就很奇怪了。
北京-坤山:是的。
时照:对。
柴鹏:虽然速度没有变化,但是频率变了。对称。
山西-阳光之旅:迎面而来的光源向蓝端移动。
柴鹏:对。所以并不奇怪。
北京-坤山:这简单的观念有一些非凡的结论。可能最著名者莫过于质量和能量的等价,这可用爱因斯坦著名的方程E=mc2来表达(这儿E是能量,m是质量,c是光速),以及没有任何东西能运动得比光还快的定律。
由于能量和质量的等价,物体由于它的运动所具的能量应该加到它的质量上面去。换言之,要加速它将变得更为困难。这个效应只有当物体以接近于光速的速度运动时才有实际的意义。例如,以10%光速运动的物体的质量只比原先增加了0.5%,而以90%光速运动的物体,其质量变得比正常质量的两倍还多。
当一个物体接近光速时,它的质量上升得越来越快,它需要越来越多的能量才能进一步加速上去。实际上它永远不可能达到光速,因为那时质量会变成无限大,而由质量能量等价原理,这就需要无限大的能量才能做到。由于这个原因,相对论限制任何正常的物体永远以低于光速的速度运动。只有光或其他没有内禀质量的波才能以光速运动。
柴鹏:我相对于任何光子,都是在光速飞行。
北京-坤山:相对论的一个同等卓越的成果是,它变革了我们对空间和时间的观念。在牛顿理论中,如果有一光脉冲从一处发到另一处,(由于时间是绝对的)不同的观测者对这个过程所花的时间不会有异议,但是他们不会在光走过的距离这一点上取得一致的意见(因为空间不是绝对的)。
美国-扶风:太棒了。
时照:这话说到点了。
柴鹏:我一个静止质量不为零的物体,也可以光速运动。
北京-坤山:又开始要费脑子了。由于光速等于这距离除以所花的时间,不同的观察者就测量到不同的光速。另一方面,在相对论中,所有的观察者必须在光是以多快的速度运动上取得一致意见。然而,他们在光走过多远的距离上不能取得一致意见。所以现在他们对光要花多少时间上也不会取得一致意见。(无论如何,光所花的时间正是用光速——这一点所有的观察者都是一致的——去除光所走的距离——这一点对他们来说是不一致的。)
柴鹏:你刚说了光速恒定呀。
北京-坤山:大家绕明白了吗?
柴鹏:不明白,我觉得任何人观察光速只有一个。当然在空气中比在真空中慢一些。
北京-坤山:我来翻译一下啊。牛顿力学说明了对于不同速度的观察者,两个事件之间的距离是不一样的。
金华--默:说是海拔高的比海拔低的时间拉得短一些。
美国-扶风:得,我也不想当物理学家,就请老师把想说的告诉我们,我也当一会豆子得了。
北京-坤山:我们直接结论,总之,相对论终结了绝对时间的观念!这样,每个观察者都有以自己所携带的钟测量的时间,而不同观察者携带的同样的钟的读数不必要一致。
美国-扶风:好的,明白,下一个。
北京-坤山:狭义相对论非常成功地解释了如下事实:对所有观察者而言,光速都是一样的(正如麦克尔逊——莫雷实验所展示的那样),并成功地描述了当物体以接近于光速运动时的行为。
山西-阳光之旅:这一段饶了我好几遍到现在都没绕出来。
北京-坤山:然而,它和牛顿引力理论不相协调。牛顿理论说,物体之间的吸引力依赖于它们之间的距离。这意味着,如果我们移动一个物体,另一物体所受的力就会立即改变。或换言之,引力效应必须以无限速度来传递,而不像狭义相对论所要求的那样,只能以等于或低于光速的速度来传递。
柴鹏:万有引力传播需不需要时间呢?
北京-坤山:不需要。就是因为狭义相对论说没有任何东西可以超过光速运行,但是万有引力却不需要任何时间。所以这里有矛盾。
柴鹏:恩,有点联系,相关程度不是很大。
北京-坤山:爱因斯坦在1908年至1914年之间进行了多次不成功的尝试,企图去找一个和狭义相对论相协调的引力理论。1915年,他终于提出了今天我们称之为广义相对论的理论。
柴鹏:现在四大作用力,只有万有引力之秘没有被解开。
北京-坤山:爱因斯坦提出了革命性的思想,即引力不像其他种类的力,而只不过是时空不是平坦的这一事实的后果。
金华--默:纠缠量子的同时反应貌似也超出了时间。
北京-坤山:这个两个相对论都是革命性的。
柴鹏:嗯,是的,如果爱隐斯坦的这个想法正确,上帝粒子是永远找不到的。事实也基本是这样的。
美国-扶风:解了呀,万有引力在霍金的文字解开了,一会会讲到,讲义里有。
北京-坤山:正如早先他假定的那样,时空是由于在它中间的质量和能量的分布而变弯曲或“翘曲”的。
美国-扶风:这句有点晕菜。
北京-坤山:像地球这样的物体并非由于称为引力的力使之沿着弯曲轨道运动,而是它沿着弯曲空间中最接近于直线的称之为测地线的轨迹运动。
美国-扶风:能举点例子什么的吗,我不明白这个弯曲与质量有什么关系。
北京-坤山:换句话说爱因斯坦的广义相对论认为空间是变形的,不是直的。
金华--默:疯子那本书里讲过。
柴鹏:嗯,引力透镜是最好的例子吧。
美国-扶风:如越洋飞机,这个明白。
金华--默:空间和时间停止的地方。
北京-坤山:我们看到地球围着太阳转,爱因斯坦说其实地球是在变形的空间中沿着最短的距离走。好像有引力一样,其实是空间变形了导致的。
柴鹏:躲在太阳后面的星星,可以观察到,就证明太阳周围的空间是弯曲的。当然只有在日全食的时候才能观察到。
北京-坤山:一根测地线是两邻近点之间最短(或最长)的路径。例如,地球的表面是一弯曲的二维空间。地球上的测地线称为大圆,是两点之间最近的路(图2.8)。
062101.jpg
柴鹏:明白。
北京-坤山:由于测地线是两个机场之间的最短程,这正是领航员叫飞行员飞行的航线。在广义相对论中,物体总是沿着四维时空的直线走。尽管如此,在我们的三维空间看起来它是沿着弯曲的途径(这正如同看一架在非常多山的地面上空飞行的飞机。虽然它沿着三维空间的直线飞,在二维的地面上它的影子却是沿着一条弯曲的路径)。
柴鹏:嗯,是的。
北京-坤山:太阳的质量引起时空的弯曲,使得在四维的时空中地球虽然沿着直线的轨迹,它却让我们在三维空间中看起来是沿着一个圆周运动。
柴鹏:大质量的物体附近的空间都是弯曲的。不仅如此,时间也变得慢。
北京-坤山:事实上,广义相对论预言的行星轨道几乎和牛顿引力理论所预言的完全一致。然而,对于水星,这颗离太阳最近、受到引力效应最强、并具有被拉得相当长的轨道的行星,广义相对论预言其轨道椭圆的长轴绕着太阳以大约每1万年1度的速率进动。这个效应虽然小,但在1915年前即被人们注意到了,并被作为爱因斯坦理论的第一个验证。
柴鹏:近日行星有偏差,尤其是水星和金星。
北京-坤山:近年来,其他行星的和牛顿理论预言的甚至更小的轨道偏差也已被雷达测量到,并且发现和广义相对论的预言相符。光线也必须沿着时空的测地线走。
柴鹏:嗯是的。
北京-坤山:空间是弯曲的事实又一次意味着,在空间中光线看起来不是沿着直线走。这样,广义相对论预言光线必须被引力场所折弯。
譬如,理论预言,由于太阳的质量的缘故,太阳近处的点的光锥会向内稍微偏折。
柴鹏:对,就是日全食的时候观察,太阳背后的星星。
北京-坤山:这表明,从远处恒星发出的刚好通过太阳附近的光线会被折弯很小的角度,对于地球上的观察者而言,这恒星显得是位于不同的位置(图2.9)。
062102.jpg

柴鹏:嗯,是的。
北京-坤山:当然,如果从恒星来的光线总是在靠太阳很近的地方穿过,则我们无从知道这光线是被偏折了,还是这恒星实际上就是在我们所看到的地方。
然而,当地球绕着太阳公转,不同的恒星从太阳后面通过,并且它们的光线被偏折。所以,相对于其他恒星而言,它们改变了表观的位置。这个看起来就像是个透镜的效果。
柴鹏:明白,就是“引力透镜”。
北京-坤山:太阳过的地方,背景的星星的位置会变似得。另一广义相对论的预言是,在像地球这样的大质量的物体附近,时间显得流逝得更慢一些。
柴鹏:如果万有引力真的是时空弯曲,那么上帝粒子就真的找不到了。
新疆-边际:类似光线折射?
北京-坤山:是的。这是因为光能量和它的频率(每秒钟里光振动的次数)有一关系:能量越大,则频率越高。当光从地球的引力场往上走,它失去能量,因而其频率下降(这表明两个波峰之间的时间间隔变大)。
从在上面的某个人来看,下面发生的每一件事情都显得需要更长的时间。利用一对安装在一个水塔的顶上和底下的非常准确的钟,这个预言在1962年被验证到。发现底下的那只更接近地球的钟走得更慢些,这和广义相对论完全一致。
地球上的不同高度的钟的速度不同,这在目前具有相当的实用上的重要性,这是因为人们要用卫星发出的信号来作非常精确的导航。如果人们对广义相对论的预言无知,所计算的位置将会错几英里!
牛顿运动定律使空间中绝对位置的观念告终。而相对论摆脱了绝对时间。
柴鹏:嗯,相对论的少数几个应用之一就是GPS。
北京-坤山:考虑一对双生子,假定其中一个孩子去山顶上生活,而另一个留在海平面,第一个将比第二个老得快。这样,如果他们再次相会,一个会比另一个更老。在这种情形下,年纪的差别非常小。
但是,如果有一个孩子在以近于光速运动的空间飞船中作长途旅行,这种差别就会大得多。当他回来时,他会比留在地球上另一个人年轻得多。这即是被称为双生子的佯谬。
柴鹏:当然北斗导航系统也应该考虑(和马克思哲学矛盾)。
北京-坤山:但是,只是对于头脑中仍有绝对时间观念的人而言,这才是佯谬。在相对论中并没有一个唯一的绝对时间,相反地,每个人都有他自己的时间测度,这依赖于他在何处并如何运动。1915年之前,空间和时间被认为是事件在其中发生的固定舞台,而它们不受在其中发生的事件的影响。即便在狭义相对论中,这也是对的。物体运动,力相互吸引并排斥,但时间和空间则完全不受影响地延伸着。空间和时间很自然地被认为无限地向前延伸。
柴鹏:那个孩子只要回来,就不是在惯性系里。这是用狭义相对论解释非惯性系。
北京-坤山:重点来了啊!!!然而在广义相对论中,情况则相当不同。这时,空间和时间变成为动力量:当一个物体运动时,或一个力起作用时,它影响了空间和时间的曲率;反过来,时空的结构影响了物体运动和力作用的方式。呵呵,重入!!!
柴鹏:楼主总结的时候别忘了加上(狭义相对论时惯性系,广义相对论包括非惯性系)。
北京-坤山:空间和时间不仅去影响、而且被发生在宇宙中的每一件事所影响。科学家们通过对物体的运动,光的运动,以及物体之间的引力作用的分析,最终突破了人们直觉中的客观时间和客观空间的概念。时空和物质之间是相互影响,相互定义的。
新疆-边际:又搞一块了,疯了。
北京-坤山:当然作为一名物理学家,霍金没有强调的一点就是时间和空间其实都是观察者定义的。这在牛顿力学和相对论的几次突破中都起到了关键性的作用。牛顿力学是在意识到“物理学规律应该对于不同的速度的观察者表现出同样的规律”后得出的。狭义相对论则是在意识到“光速对于不同的速度的观察者应该一样”后得出的。而广义相对论则是在意识到“物理学规律应该对不同加速度 的观察者都是一样的”后得出的。从这个角度看,物理学规律正在越来越多的从对纯客观世界的描述,转向主客观一体的一种描述。
虽然目前的理论中主观的成分还是很微弱的,比如在广义相对论对于主观的考虑仅仅限于质量,速度和加速度上。
柴鹏:没错。
美国-扶风:一个物体运动时,影响了空间和时间的曲率。这个看似非常重要,但却不明白。
北京-坤山:而我们从前面的讨论中,知道观察者很大程度上决定了他能看到的现象。在现代物理学的另外一端,量子物理中,我们也会再一次看到观察者的重要性。请大家读一读《时间简史》的第四章“不确定性原理”。这将是我们下一次的讨论内容。
扶风,我们一般理解时间和空间都是直线型的,但是物体的运动会导致它们变成非直线。
山西-阳光之旅:眼光的速度与光的速度是否一致?
北京-坤山:呵呵,这是个好问题。不过我回答不了。大家讨论一下吧。内容贴完了。
美国-扶风:是指物体一运动,其所在的空间与时间就会变形吗?
北京-坤山:是的。
柴鹏:不运动也变形。
新疆-边际:时空对每个人来说都是无形的棉花,看似坚固绝对,实则没有固定绝对。。我大概这样理解。
柴鹏:只要他有质量。
山西-阳光之旅:我在想光有速度那我们人的眼睛所观察需要的眼光速度是如何呢。
北京-坤山:眼光的速度原则上可以超过光速。
柴鹏:光速不是直接用肉眼观察的。
美国-扶风:这么厉害。
北京-坤山:物理学上管你说的眼光的速度叫做“相速”。
美国-扶风:是说眼光的速度是意识的速度吗?
北京-坤山:相速不受光速限制。
善朝:刚才提到的,物体间引力的速度,是大于光速的?是及时的或者说是无速度的?
山西-阳光之旅:可是这是啥力产生视觉光线的。
北京-坤山:牛顿力学的引力是大于光速的,但是爱因斯坦的相对论其实是说根本没有引力这回事儿。时空的变形导致我们看起来好像有引力一样。
山西-阳光之旅:那就说明有比光波更小的粒子。
北京-坤山:当然广义相对论也只是个理论了。
柴鹏:现在问题是观察到了“引力波”。
北京-坤山:这个理论能更好的解释一些现象。所以比牛顿的万有引力应该更接近实相一些。
善朝:哦,那也许最后可导致说,其实是一体的。佛教的结论?呵呵。
美国-扶风:就好象前面否定了以太般,到这里爱因斯坦又否定了引力。
北京-坤山:也否定了时空和物质之间的独立性。
美国-扶风:这堂课的结论就是引导到佛道的一体性。
北京-坤山:还下不了这个结论。
美国-扶风:这个没懂。
北京-坤山:这堂课,应该说是破除了绝对时间,绝对空间的概念。
山西-阳光之旅:空间其实就是所有波场的诞生地,也就是说空间是最小的粒子组成的。
北京-坤山:时空和万物是相互定义的。
美国-扶风:嗯,先记住吧。
北京-坤山:物理学目前也就理解到这个程度了。
美国-扶风:照师说:那也很不简单了。
新疆-边际:只是能量?
北京-坤山:应该说广义相对论就理解到这个程度了。下次还有看看量子力学。
柴鹏:量子力学开始了。
北京-坤山:目前物理学的两大支柱了。
山西-阳光之旅:很不错,我还没理解偷。
美国-扶风:好的,时间不够可以讲到七月中。
柴鹏:从无穷大,转到无穷小了。
北京-坤山:两个理论有些互补。
柴鹏:嗯,总有一天,他们会走到一起的。
深圳-何尘光:殊途同归。


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