第三十一章 時間和黑洞(1 / 2)

時間和黑洞

要解釋清楚時間是什麼,我們先來看下時間是如何定義的。

在古代,我們根據太陽、月亮和地球之間的相對運動來定義時間。即便是現在,對於大部分人的生活來說,這種觀念也都還在。然後我們看幾個時間的用法。

當我說,明天我們去玩吧。這句話的原意是:當地球相對太陽自轉過半圈或一圈後,我們去玩吧。

當我說,這個人還能活十年。這句話的原意是:當地球相對太陽公轉十圈後,這個人就死了。

因此,當我們給予時間一個確切的定義以後,我們就會習慣性的把定義過程直接忽略而直接取結果。比如我們給了年定義以後,會直接說年,而不再重複說地球圍繞太陽轉一圈。

像這樣的表述還有很多,它們都有一個共同點:有一個大家公認的相對運動作為參照物,來表述你所想要表述的那個物體的運動情況。

在1967年召開的第13屆國際度量衡大會對秒的定義是:銫-133的原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9,192,631,770個周期的持續時間。這個定義提到的銫原子必須在絕對零度時是靜止的,而且在地麵上的環境是零磁場。在這樣的情況下被定義的秒,與天文學上的曆書時所定義的秒是等效的。

在這個定義中,我們同樣看到了兩點:一個是相對運動,一個是人們公認。

物理學中,時間一般被描述成事件過程長短和發生順序的度量。根據我們對上述事件最原始的定義,我們發現這種表述不完整,因為忽略了參照物,隻看事件本身。

這是我們的慣性思維造成的。因為我們腦中一旦形成時間的定義,就會跳過這一步,將定義好的年月日直接拿來用。

所以時間準確的定義應該是:用人們公認的一個事件的相對運動為參照物,來衡量另一事件的運動狀態。

換句話說,這個宇宙隻有相對運動,沒有時間。時間隻是人們定義的,用來衡量物體運動狀態的一個量,它不是客觀存在,而是存在於人們的主觀。

問題是,如果這個量已經被定義死了,為什麼相對論中提到的時間還是會發生改變呢?

首先說明一點,相對論中的時間不支持以角速度來定義的時間,例如它不支持以地球圍繞太陽自轉或公轉來定義的時間。

旋轉是這個宇宙最常見也是所有粒子最普遍的運動方式,如果相對論不能支持這一運動定義的時間,那麼在解釋這個宇宙時,它就具有很大的局限性。

那為什麼相對論能支持線速度定義的時間呢,比如光的運動。

我們注意看相對論第一條,將光速設定成光速恒定,不會變化。

果真如此嗎?

我們再看逐一看光速恒定的幾個證明,或說論點。

一,恒星光行差。二,恒星都是一個一個的小圓點。三,恒星都是靜止的。四,邁克爾遜-莫雷實驗。

用這樣一個方法來說明這個問題。

假設以地球為圓心,畫兩個大小不等的圓,外圓,內圓。我們發現,上述四項證明光速不變的論點都隻能夠證明光在外圓上的速度V1是相等的,在內圓V2的速度也是相等的,但是並不能夠證明光的速度V1和V2是相等的。

這看起來好像很好笑,不需要證明。事實上,外圓和內圓有一點不同,那就是重力環境。

也就是說,我們在證明光速不變這個問題上,太刻意去證明不管怎麼運動的物體,光速是不變的(上一章關於光的紅移和藍移的說明其實就能證明這一點),而忽略了去證明在不同重力環境中,光速不變。

在同一重力環境下,波長不同的光的速度相等,這一點可以參照上一章中光的傳播方式,用公式計算來證明(第一個算出來的說不定能得獎哦,有興趣的就去算算,可以參考惠更斯的公式)。

我們在仔細看,相對論中,時間發生變化的情況,都存在同一現象,那就是變化時間所處的磁場環境變化了。這也是我們在定義時間的時候,為什麼要規定磁場環境必須確定。

這就好比在同一個操場不管怎麼跑,兩個機器人的速度都一樣,於是我們認定這兩個機器人的速度是恒定的。但當把它們放到兩個不同的操場上的時候,突然發現速度不一樣了。我們不能接受它們速度不一樣的現實,於是我們隻能來調整時間為變量,來使得它們的速度還是一樣的。