TUhjnbcbe - 2023/10/21 20:54:00
小伙伴们，有没有觉得有时时间过得很快，又有时觉得时间过得很慢呢？打个比方吧，你在火车站等候一个人的时候，总觉得时间过得很慢，这人怎么还没过来呢？你要是闲了下来，看着一部你特别想看的电视剧，似乎一会的时间，这一集播完了，又觉得时间过得很快。这叫做人的“心理时间观念”。那么，时间到底是什么呢，时间存在吗？人们对此争论了很长时间。一、时间是相对的在爱恩斯坦的相对论中，我们可以形象地打个比方来说明时间这个概念。假如一列火车奔驰的速度是公里/每小时，一辆汽车奔驰的速度99.9公里/每小时，它们的速度几乎是接近的，这时，汽车里的人看火车里的人，他们都感觉对方没有运动。换个思路，假如火车以光速（C）运动，汽车是人类飞行最快的航天器，无论汽车怎样加大油门，达到99.公里/每小时的速度，火车依然（光速（C）运动）公里/每小时的速度奔驰，无论如何，汽车也追赶不上火车（光速（C）运动），这就是爱恩斯坦的光速不变原则。问题来了，火车（光速（C）运动）、汽车（以接近光速运动），火车上的人与汽车上的人觉得时间变慢了。其次，无论我们多么迫近每小时公里的速度，我们仍然看到光束在我们面前以每小时公里的速度急速前行，好像我们一动也不动。但这是荒谬的。急速行驶的汽车中的人和静止的人测量的光束速度怎么能一样呢。通常这是不可能的。这好像是自然界的玩笑。如果行人用望远镜盯着我们的汽车，他会看到车中的每个人行动都极其迟缓。然而，车中的我们从没注意到时间正在慢下来，这是因为我们的脑筋也慢下来了。对于我们而言，一切似乎都正常。此外，他看到汽车在运动方向上变扁了。汽车像手风琴一样缩拢起来。然而，我们从来没有感觉到这个效应，这是因为我们的身体也在收缩。空间和时间戏虐了我们。在实际的实验中，科学家已经证明，不管我们行进得多快，光的速度永远是c。这是因为我们进行得越快，我们的时钟走得越慢，我们的尺子也缩得越短。事实上，我们的时钟走得足够慢，而且尺子也收缩得足够短，从而正好使我们无论何时测量光速所得出的结果总是相同。这就是相对论的基本原理。二、只有空间的存在才有时间的存在爱恩斯坦为我们描述了这样一种时空概念：时空是弯曲的！听起来好像是天方夜谭，时空怎么是弯曲的呢？不是说光一直按直线传播吗？牛顿时空观认为空间是平直的、各向同性地和各点同性的的三维空间，时间是独立于空间的单独一维（因而也是绝对的）。狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。狭义相对论将真空中光速为常数作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛仑兹变换。洛伦兹变换（Lorentztransformation）是狭义相对论中两个作相对匀速运动的惯性参考系（S和S′）之间的坐标变换，是观测者在不同惯性参考系之间对物理量进行测量时所进行的转换关系，在数学上表现为一套方程组。洛伦兹变换因其创立者——荷兰物理学家H·洛伦兹而得名。洛伦兹变换最初用来调和19世纪建立起来的经典电动力学同牛顿力学之间的矛盾，后来成为狭义相对论中的基本方程组。也就是说，时间离不开空间，空间离不开时间。这正符合爱恩斯坦的空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间的观点。三、时空弯曲已经被证明当时爱因斯坦给出的检验方法很简单，就是测量经过太阳附近的光线，只要对照太阳背后的星光在经过太阳附近时的位置变化，就能确定光线是否弯曲。由于太阳光强度太大，白天它周围是看不见星星的，幸好在广义相对论发表三年后，就发生了一次日全食，英国天文学界就组织了两支观测队分别前往两个全食带经过的地区，其中由爱丁顿带领前往非洲的观测队成功拍摄到全食照片，虽然有点模糊，但还是能分辨出星星位置确实发生位移，并且当时公布位移量与广义相对论的计算结果吻合。说完空间弯曲，下面来说时间弯曲吧，这其实就是引力场时间膨胀。这个已经有大家非常熟悉的GPS卫星导航系统精确证明了，在不同的高度下，卫星时间需要根据狭义相对论和广义相对论对速度和高度引起的相对时间同时进行修正。四、时间与空间在黑洞中是完全不存在的黑洞是现代广义相对论中，存在于宇宙空间中的一种天体。黑洞的引力极其强大，使得视界内的逃逸速度大于光速。故而，“黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。年，德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦场方程的一个真空解，这个解表明，如果一个静态球对称星体实际半径小于一个定值，其周围会产生奇异的现象，即存在一个界面——“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这个定值称作史瓦西半径，这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因黑洞引力带来的加速度导致的摩擦而放出x射线和γ射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹，还可以取得位置以及质量。北京时间年4月10日21时，人类首张黑洞照片面世，该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心，距离地球万光年，质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个阴影，周围环绕一个新月状光环。爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立。总结：时间与空间是存在的，时空是变化的，聪明的人类用自己的视角解读时间与空间，探索宇宙的秘密。我们相信，随着人类科学的不断进步，有更多的宇宙之谜将被揭开。