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闲人狂语

发表日期:2011-09-23 摄影器材: 佳能 Digital IXUS 500(S500) 点击数: 投票数:



      高中地理课一开始介绍的就是地球的宇宙环境。在好学、好奇的中学生面前摊开的是一个充满了神秘并多姿多彩的宇宙。一下子就吸引了少年学子们浓厚的兴趣,他们会有提不完的问题。但是想要凭借中学的物理知识去颠覆他们的生活经验并破解爱恩斯坦的那些“奇谈怪论”从而揭开深奥的宇宙秘密,那也实在是太难了。最近看到电视探索发现栏目的“秘境追踪”栏目在讨论相对论和关于宇宙的一些问题,又惹得我心潮澎湃、勾起了许多青少年时代的回忆和梦想。想当年,自己也曾深深的沉迷于此。老是企图以自己仅有的一点知识也想去探索一翻并对它们作出合理的解释。这下、这个多事的栏目又把我沉淀在内心深处的那些陈年烂谷子想法重新搅起,就一连几天的睡不着觉了。仍然希望能作出一种较为浅显的、能为一般中学生接受的解释。当然首先要让专家们认可。但是最终的目的还是要让愿意听我唠叨的普通朋友觉得多少有点收获。于是干脆把那些零散的想法整理出来重新审视。自己倒觉得似乎还能自圆其说。只是不知道这样一个野和尚念出来的歪经,倒底是在那里给相对论作正确的诠释呢还是对经典的一种亵渎。不过我想家丑不怕外扬,不如把它拿进茶楼、抖落在大家面前。也好给有此雅兴的各位网友提供一点茶余饭后的谈资,让大家一起来琢磨、评论、指正。

       今天我们讨论相对论的时空观念问题。在相对论看来,时间是可以压缩的,空间也是可以弯曲的。而这些又都与物体运动的速度或质量有关系。

       我们知道地球与太阳之间的距离可以用光年来衡量,那就是光行八分钟的距离。也就是说太阳上发出的光要走八分钟才能到达地球。所以从地球上其实永远也看不到一个实时的太阳,而只能看到八分钟前的那个太阳。但是、假如有人坐着一架比光速还快的火箭去追赶太阳光,那么他倒是可以在八分钟以后的某一时刻看到八分钟之前另一时刻的那个太阳。总之,他赶的时间越长、他所看到的太阳反而越早。如果赶到了四五十亿年前,他就能看到一个原始的太阳系。这不是时间被压缩了吗?(八分钟前后的两个时刻会合在一起了。)

       你想,如果你真的能坐上了那样的一架火箭去追赶远古时代发出的光,那么你不是可以倒回去生活到那样古老的一个历史年代中去了?你不是可以把那些年代的历史迷团都破解了么不过、你别忙,这里还得讲讲条件:就是你必需在追上那个时代以后,立即调整自己的车速使之低于光速。这样才能让倒回去的时光从那个时代开始,重新向前慢慢的流逝(倒回到那个时代去重新看一幅幅过去不同时刻所发的光带给你的信息)。只有这样,你才能够像快景头播放的录象那样看到一幕幕精彩的历史故事的演变和发展。如果你在追上后采取的是紧急刹车、立即“停靠”的措施(停靠的意义是把车速降成与那个以光速在向前飞驰着的历史事件的速度一致)。那么它就与那个时候所有的光结伴同行了。那你也就被永远的凝固在了刚停靠上来的那一刻、当然也不可能看到那个时代里发生的一切了。

        如此说来,在我们所生存的宇宙之中,时间是可以被压缩的。造成这种压缩的原因是任何物体的运动速度与光速之间都存在着巨大的差距。这个差距的大小又决定着时间流逝的速度。而当运动的速度等于光速的时候、这个差值为零,时间也就不再流逝,世界便是凝固的。一切(连同你本人)都是被冻死了的。所不同的是:一个以超光速运行着的物体,它总是在倒退。也就是从目前赶回远古。而一个以低于光速的速度运行着的物体却总是在前进,也就是从目前走向未来。但是想要跨越光速(无论从低于它跨到高于它或是从高于它跨到低于它)却总是不可能办到。因为就在跨过光速的那一刻、一切也就都被冻死在了那一时刻上了。所以从这个角度上看,相对论把光速看成是速度的极限也是很有道理的。

       不过时间流逝的快慢,是要在两个不同的系统之间比较时才被感觉出来的。比如有两个人坐上了一架速度接近光速的火箭,就会衰老得很慢。因为火箭的速度越大、时间的流逝就越慢。但是,大家都在火箭上、他们自己的感觉,也不过是谈笑风生的过了几天或几年。如果回到了地球,才会发现他们的同龄人却都早己成了耄耋老人。真的是应了那个古老的故事:天上方一日、地上己千年呀!但是他若坐的是超光速的火箭,时间就不再是在流逝而是在倒退了。他就不但不会衰老而且会越活越年轻,甚至会变回到出生前的时代去。因此,事实上想去探究久远历史年代以前的秘密,看来是不可能的了。

       说到这里,有人可能会想:你说得倒是天花乱坠,但事实上还有一个不可逾越的障碍你没有考虑到光、是辐射传播的,被你赶上的只是其中极小的一束。因而即使被你赶上了,也不可能看到一个完整的世界。其实这倒是一种误解。看过激光照片的人都知道,激光照相又叫全息摄影。即使是打碎了的极小的一片,仍能保留照片的全部信息。这似乎很神秘,其实一点也不奇怪。事实上、在现实生活中我们看任何东西,能到达人眼睛里去的光、从来也不可能是物体发出的全部光线,只能是其中射入到了人眼中的极小一束而己。然而我们看到的从来都是一个整体。所以事实上、极小的一束光,只是影响到了光的强度,却不会造成信息的缺失。只要采取措施增强这束光信号的强度,是完全能够看得很清楚很全面的。所以上面所说的事,我认为不但在理论上可以说得通,而且还没说完。

       现在该说说空间了。宇宙之中不仅时间可以被压缩,原来空间也是可以被弯曲的!按照相对论的理解,空间是被引力所弯曲的。这,听来也很不可思议。那就让我们细细的想来。

       我们先从最简单的直线开始研究。大家都知道,光是沿直线传播的。但是我们又知道当光线在宇宙中、从黑洞前擦身而过的时候却会发生弯曲。可以这样来理解:要将一个物体推上围绕行星运行的轨道而成为一颗卫星,必需达到一定的速度。通常把它叫作第一宇宙速度,又叫围绕速度。那么若想将它推离这颗行星,就必需有更大的速度,这就是第二宇宙速度,通常又叫逃逸速度。那末如果这不是一颗行星而是一颗质量极其巨大的恒星,想逃离它时所需的那个速度也必然相应的会要大得多。如果逃离速度大到了超过了光速的程度,那么不是连光都无法逃出它的范围了吗?这就是在黑洞里发生的故事。如果那道光是从黑洞前擦身而过的,那么就算它跑得快而能免于被黑洞吸进去,起码它的光路也会因受到强力的吸引而遭到弯曲。其实宇宙中质量比黑洞大的天体多得很,只是因为它们的体积也很大、因而其引力场浓缩得不够强大,还不足以吸住光线不放。但让光线弯曲改道应该是很正常的事。这些都说明在宇宙空间,光线被引力弯成曲线是一件随处都在发生的极其普通的事

      在宇宙中不仅引力中心有很多,而且、引力也并不仅仅只是把某一条光线弄弯。被引力弄弯的实在是经过该引力场的所有的光线。就像一个重球掉在了一张平坦的弹簧床上一样,重力不但会把某一根钢丝拉弯、它也会把整个平坦的床面在重球附近弯曲成一个深坑的。那么在宇宙中,引力所弄弯的就不只是光线、也不是二维的某个平面、而是三维的空间本身。因为即使是天体(这回说的就不是光)、在运动中,也是会受到引力的弯曲的。本来,天体在不受外力作用时,只能作匀速直线的惯性运动。但,任何天体的运行都不可避免的会受到周围其它天体引力的影响,因而其运行轨迹总是会不断的偏离惯性运动的“直线”方向。这也就是宇宙中的天体为什么都在那里不厌其烦的绕着圈儿转的原因。这些都说明:在这物质世界的宇宙之中,被引力弄弯了的不仅仅是光,也不仅仅是直线,被它弄弯曲的实在是空间本身!

      其实这种时空变形的把戏也不只是在宇宙中才能够看到,在现实的生活中、就在你我的身边、也是司空见惯的。只是生活在牛顿力学环境中的我们,是从另一个角度认识了它们而已。例如,抛物线本来就是被地球引力弄弯了的直线。只是由于认识的局限、并不认识到空间被弯曲了、也不会想到它竟然就是一种直线,而把它叫做了抛物线而己。同样,时间的压缩也好像现实生活中的某人误了车一样。他只要改坐飞机,还是可以在下一个城市赶上逝去的那趟火车的。(像追赶过去某一时刻发出的光一样,只是用速度比火车快的飞机倒回去追赶先前所发的那趟车)

      现在就让我们把时间与空间这两个概念综合起来,再从整体上认识一下。我想是否可以这样来理解:如果说,站在宇宙中的某一点(即某一时刻)上、来作静态(在这一点上与光同行)的观察我们的宇宙,就只能看到上、下、左、右、前、后这么一个三维的空间。如果作动态的(在纵向不同的时间点之间移动)观察,看到的就不仅有三维的空间、而且会感觉到时间的流逝、也就是看到事物发展的过程。所以有时我们把时间和空间结合起来干脆称它为四维空间。在宇宙空间中的某一点,其实不仅仅具有空间概念上点的意义,同时也是时间概念上的某一时刻。

       所谓的运动,就不仅仅是指穿行于空间环境之中这么一个方面,因为它也必然的同时穿行于时间的隧道之中。它改变的不仅仅是空间的位子和距离,同时也在时间长河中从这个时刻穿行到了那个时刻。



作者:老不点

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