接著說時空
文章來源: donau2024-01-04 08:53:53

這個話題,實際上是我試著回答一下上次零不是數和來罘提出的幾個問題。當時回帖說會寫寫這一部分到目前為止的結論,趁還是假期,那就聊一點我知道的。

關於大爆炸。

大爆炸這個假設是怎麽來的?算出來的啊。愛因斯坦的廣義相對論回推到零突然有解。小於零?沒了。

如果你稍微有一點偏微分方程的知識,就很容易理解為什麽會有這個推論。簡單來說,偏微分方程用來描述一種自然界的物理變化過程,任何一個偏微分方程的解都是不定的(當然有可能無解),所以求解偏微分方程,是在基於事實的基礎上給一個邊界條件,也就是具體的值,然後在這個邊界條件下求解。

所以大爆炸理論可以說是廣義相對論的直接推導。有沒有可能錯?當然有可能。所有的理論都有出錯的可能啊,但是今天能叫理論,是它一定可以合理地解釋某些物理現象。而廣義相對論,到目前為止這100年以來的新發現新結論,都和它很吻合。

這也是它最厲害的地方。我不覺得任何一個Prophezeiung可以有資格這樣說。

接著說不變的光速和時空彎曲的概念。

首先,光速肯定是不變的,還是愛因斯坦的廣義相對論的結論。如何理解時間變慢?

按照我們習慣對速度的理解,想象你在一列奔馳的火車上,非常快地跑,比如火車速度200km/h,你也200km/h,如果地麵上人看你,那麽你的速度是線性疊加,400km/h,初中物理?不確定了,反正大家都知道。

下麵是關鍵。

假設你坐在一艘飛船裏以光速飛行,同時你帶了一隻腕表,而且是機械裝置的,也就是指針噠噠噠,你看見的1秒,兩秒,三秒...,在地麵上的人眼裏看他們的表,會變1xxxxxx秒,2xxxxxx秒,3xxxxxx秒...。

也就是說,你的時間相對變慢了。你飛一圈再飛回來,對你隻過了三年,但是地麵上已經是你兄弟的子子孫孫那一代。

因此,關於這個問題,光線、時空彎曲了,那光線從光源到觀測者之間傳播的距離是否就比直線更長?

有一點點需要修正,時空是彎曲的,光線不是。所以不變的光速是不會到達觀測者慢一點的。

並且,光線從光源到觀測者的距離也不會變長,是因為,當接近大質量天體,比如黑洞時,要修正的是標尺(In der Nähe einer Masse ist jeder Maßstab verkürzt.)

同時,關於距離這件事也不再是我們常說的歐氏空間。我多說一點這個問題。

歐氏空間是大家最常見最熟悉的,它的一些概念,比如兩點間直線最短,三角形內角和是180度這些不用我多解釋。

但是,談到廣義相對論,時空彎曲,是不能用歐氏空間的概念來理解的。比如上圖中AB兩點間的距離,是這個球表麵的弧線(黃的部分),屬於Hyperbolische Geometrie,而廣義相對論的彎曲時空中,用的是黎曼幾何。

我不想再多講黎曼幾何,那太長了。有興趣的可以去查一下這個概念。最起碼,我想學過高等數學的,應該都有黎曼積分的概念。呃,就是那個家夥搞出來的。