《大话物理——旅行到时与光的尽头》
第31节作者:
一朵熊ss 日期:2014-12-12 18:09:21
更新继续~~
为方便大家阅读 先把上图重贴一遍~~
再者就是“类时”区域,如图中阴影部分所示,位于类光直线所夹范围之内。此区域中,任意两个事件的方差值皆大于零,具体说来,(ct)^2 的值恒大于x^2。对于光这样速率超群的猛士来说,正如前例所示,人类目前所熟悉的环境:从地球表面一点移动到另一点,登上月球,甚至冲出太阳系……这些方位变换所提供的x^2都太过渺小,不足以与(ct)^2相抗衡,在此,时间将主宰一切。
不若让我们进入天文尺度再做探查。公元2050年1月1日(地球历法),一颗被半人马座α三合星环抱的小行星上,智慧生物决定派遣宇宙飞船“猎手号”前去拜访未知领地;公元2059年12月31日,与三合星相距4.22光年的地球上,音乐剧《黑暗森林》于百老汇举行首演。那么,只要“猎手号”能够以逼近c的速率朝着正确方向笔直航行,由于10^2>4.22^2,飞船就有机会亲临现场,领略地球子民的创造激情。
假设“猎手号”恰在公元2059年12月31日到达地球:
(注:因为距离选用“光年”为单位,所以c*t之中的c自然就被约化了),则在该智慧体看来,宇航员从母星出发(注:此处还需假设飞船能瞬间从静止状态换挡到近c匀速)与发生在纽约的《黑暗森林》公演盛会这两个事件的空间距离为零,而时间间隔则有9年零24天——这群不速之客在迈进百老汇音乐厅的一霎,将比他们离开家园时衰老了9个地球“岁”。在“类时”区域之内,不论是采撷嫩叶尖的一滴朝露、亦或欣赏大角星某颗行星上壮烈的火山喷发,只要两个事件间时空方差大于零,理论上来说,一部近光速的梦幻飞船定能把你依次送到各事件的发生现场,而唯一的代价就是——时间。
图中剩下的部分即是“类空”区域,顾名思义,类空正好与类时相反,要求时空方差小于零,即:(ct)^2的值恒小于x^2,此时,两事件间的距离将掌控全局。
同样在公元2050年1月1日,位于牛郎星(即:天鹰座α)附近的小行星上的智慧生物也决定要造访地球,但由于他们与地球相距16.8光年之遥:10^2<16.8^2,时空方差为负,所以,即使该文明也造出了同半人马座α星人一样性能卓越的近光速飞船“乞巧号”,驾驶这艘飞船的宇航员也绝无可能按时抵达《黑暗森林》的首演现场。
原来,闵可夫斯基的类空区域意味着就连光速也爱莫能助之禁地。
这隐去负号的13.5究竟意味着什么呢?假若光子定要目睹“乞巧号起航”与“音乐剧首演”这两个事件,除非时光倒流13.5年!空间终于驾驭在时间之上,扬眉吐气了一回。
日期:2014-12-12 18:14:07
事件光锥
以上讲述的皆是一对事件之间的关联,如若把目光锁定某单独事件呢?闵可夫斯基同样为我们描画了一幅精彩图景。
如图,由于小小的纸面无法展现(3+1)维,所以不得不忍痛割舍一个分量,取相互垂直的两条水平轴将空间转化作二维平面,而自下而上单向延伸的纵轴即代表时间ct,三轴共同构筑了一个(2+1)维的闵可夫斯基时空。对于单一事件,原点A即意味着当下,而穿过原点的空间平面则把时间分为了过去、现在与未来三部分。
此刻,若有一片月光落在你的掌心,把它用事件A来表示,将你的视线沿着A往下追溯到1.28秒之前,即可看到一束阳光划过月球表面,奔向大地。因此,位于平面下方的光锥外沿,就是光子以最大速率c穿越时空的轨迹,而光锥所包裹的整个黄色区域都在光一抬脚就能走到的范围内,因此,这里发生的所有事件都与A密切相关,是造就A的原因。而位于平面上方的光锥则包含着事件A的未来,掌心的月光将流向何方,完全取决于此刻的行动:你若握起拳头,试图将其攥紧,它必消失无踪;你若于掌中添一镜子,任其在镜面翻腾跳跃,它才有机会或折返回空中、或投射于花间树丛,继续嬉戏于天地间……因此,平面上方的黄色区域内所有的点皆是事件A的结果。
用闵可夫斯基的语言来说,图中这尊雅致的沙漏即是时空光锥,落在光锥之上的所有点的集合构成了类光区域,以光速传播的任何讯息,都将沿着光锥壁缘,从过去走向未来。而包裹在光锥之内的点,则共同搭建了类时区域。倘若事件A想要对光锥内的事件B造成影响,只需朝着B方发射一比光速略慢的信号即可。
那么,光锥之外的区域呢?正是光速c无法企及的地方,闵可夫斯基类空区域。如果此时此刻月球忽然从夜空消失(即图中事件D),你的掌间却依然跃动着光影,因为384000千米之外信号还没来得及穿越时空到达地球。“月亮消失”与你“握有月光”这两个事件虽然位于时间刻度同一零点,实则各自独立,毫不相干——月亮消失了,你却依然保有月光;你虽拥有月光,但月亮已不存在——彼此既不能充当对方的原因,也不是对方的结果。只有等到1.28秒后,事件D的辐射线进入到光锥的怀抱:掌中光亮的骤然消逝才会令你意识到事态的变化。
所以说,类空区域实际上是位于“因果”之外的。那么,何不把宇宙飞船的速率提升到光速之上呢?如此,岂不就能翻越时间屏障,纵意穿行于历史长河,从未来到过去,张开双臂、拥抱无限……
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