很多人对相对论感兴趣,是因为相对论虽然是一门非常严谨的科学,但是它里面却发生了许多比玄幻、神话更加不可思议的事情,比如时间。
膨胀的时间
“天上一日,地上一年”这种以前只能在神话里见到的事情,在相对论里太稀松平常了。而且,一日换一年算什么?在诺兰大神的电影《星际穿越》里,主人公们来到了一个黑洞附近的星球,黑洞的巨大引力使得它周围的时空出现了巨大的弯曲,而广义相对论告诉我们引力能使时间碰撞(也就是引力越大的地方时间越慢),于是出现了这个星球的一个小时等于地球上的七年的情况。“天上一日,地上一年”跟这“一小时抵七年”相比就太小巫见大巫了。
以前在许多文学作品里看到别人说时间有多可怕多可怕,但是让我第一次觉得时间真正很恐怖却是在电影《星际穿越》里面。男主人公为了执行任务驾着飞船去了一趟黑洞附近的那个星球,来回不过三四个小时,地球上却已经过了23年,他十多岁的女儿瞬间就三十多岁了。想想这是一种什么样的概念:你去电影院看一场电影回来,回来之后你十多岁的女儿的孩子都十多岁了。突然之间你从你深爱的人的世界凭空消失了几十年,而你却甚至来不及思念她,这是怎样的一种恐怖?父亲突然之间跟女儿的年纪一样大是怎样一种恐怖?
以前我们觉得时间是最公平的一把标尺,它对谁都是绝对的公平。可万万没想到,真相竟然是每个人都有一个自己的时钟,每个人的时间都可能是不一样的。
我们上面说的“一小时抵七年”是因为黑洞形成的巨大引力场让时空弯曲了,然后让时间变慢了,说得形象一点就是时间膨胀,这种膨胀是引力引起的,属于广义相对论的范畴。其实除了引力时间膨胀,还有一种时间膨胀:狭义相对论告诉我们运动的物体时间时间过得更慢一些,也就是速度也会引起时间膨胀。
相对引发的问题
引力时间膨胀虽然推导起来更为麻烦,但是理解起来却相对简单,有质量的物体会引起时空弯曲从而产生牛顿力学里面说的引力,引力的大小也是可以量化的。但是狭义相对论里速度引起的时间膨胀却经常让人混淆,因为速度是相对的。
相对速度这意味着什么呢?因为运动速度是相对的,所以你坐飞船往前方飞的时候,你因为在运行所以时间变慢,但是如果你运动的你为参考系,站在原地不动的我是不是刚好以相反的方向远离你呢?那么从这个角度来看是不是我的时间也应该变慢呢?这就导致了运动的你时间变慢了,但是不动的我时间也变慢了,那到底是谁的时间变慢了?如果你飞了一段时间再返回地面跟我对比一下,到底谁的时间流逝得更多?(这就是著名的双生子佯谬)
爱因斯坦的这套理论叫相对论,你知道这个名字是谁取的么?并不是爱因斯坦,他自己压根都还没来得及给它取名字(或者是自己懒得取),但是外面的人看他的论文、文章、谈话,到处都是相对相对一词,时间是相对的,空间也是相对的,同时也是相对的,所以别人直接把这种到处充满相对这个词的理论叫相对论,爱因斯坦自己只好接受了。不过说来也有意思,作为大名鼎鼎的相对论的基本假设之一确实一个实打实的绝对论:光速在不同的参考系里绝对是相同的。
没有上帝视角
我上面抛出相对运动的问题并不是打算在这里解释它(当然在以后肯定会解释的),特别像双生子佯谬这种超级烧脑子的问题,不专门开一篇文章是解释不清楚的。我在这里想说明的是,想更好的理解相对论,第一步也是最关键的一步,就是要转换思想,要深深把相对的这个理念印在脑海里。有很多人在讨论具体相对论的问题的时候知道切换模式,知道时空都是相对的,但是平常一不留神就又回去了。
相对的时空意味着没有上帝视角,或者你可以认为谁都是自己的上帝。古人认为天圆地方,认为我们自己处在世界的中心,后来麦哲伦开着一艘船一直往一个方向走,结果他没有掉下去,而是又回到了原点。现在的我们都知道地球是一个球体,我们只是生活在地球的表面上并没有什么天圆地方,我们也不是什么世界的中心,但是,想想在地球的表面,如果把地球看成一个球,是不是也可以认为所有的点都是中心呢?
那么我们的宇宙呢?你是不是一直觉得宇宙可能是一个三维的大球,我们只是随机的处在这个大球的一个地方,这个宇宙很大,但是有一个球心?这种思想是不是似曾相识,古人认为天圆地方,即便不自大的认为自己居住的地方一定是中心,那么起码总有一个中心吧?但是最后发现地球是一个球,球表面的任何一点都可以是中心。其实宇宙也是这样,宇宙并没有所谓的宇宙中心,也可以说任何一个点都是宇宙的中心,宇宙并不偏袒谁,宇宙里的每一个点都是平等的,所以宇宙法则也不会搞特殊,这是当年爱因斯坦思考问题的一个重要出发点。
所以,在思考上面相对运动的情况的时候,可以有你观测的时间,可以有我观测的时间,但是就是没有什么所谓的真正的时间这样的概念!!!理解这一点很重要,所谓的真正的时间,真正的空间这些词,其背后的意义都是指那个绝对的时间,那个上帝视角的时间,而我们的宇宙里没有上帝,万物平等!!!
所以,你开飞船远离地球,因为速度引发的时间膨胀导致的时间变慢,他的意思不是你的上帝视角的时间变慢了,而是我的眼里世界,你变慢了;同样,你的眼里的世界,我的时间由于相对运动也变慢了。
所以,真相是:相对运动的人眼里对方的时间都变慢了,我觉得你变慢了,你觉得我变慢了,那到底谁的时间更慢?看吧,又被我逮住了,你又把上帝视角的时间调出来了,完全被你无意识的带出来了,你在想“到底谁的时间”的时候默认是说有一个第三方的基准时间,“到底谁的时间”在这种语境里毫无意义,因为上帝不当裁判。真实的情况就是两人眼里对方相互变慢,如果真的要对比时间,你们两个先碰个面再说,然后碰面肯定需要飞船掉头,这里就会涉及其他的过程。
这篇文章就权当于提前给大家打个预防针,提个醒。思维的转换是相对论里最难的,也是最重要的,以后就会慢慢习惯了,习惯没有上帝视角的平等新世界。
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