在四维时空中万物的速度都是光速,包括此刻的你也在以光速飞行!

宇宙时空探索 2024-12-30 15:58:01

当首次接触到这个议题时,你可能会满头雾水:拜托,最快的人类速度不过是9.58秒百米,这由博尔特创下的记录众所周知,而你现在告诉我人类能以光速飞翔,莫非你疯了不成?

实际上,我十分清醒,并未失去理智。

若要彻底明了本文所言,需首先了解“速度”的本质含义。

通常,我们所说的速度实际上构建于空间移动的概念之上,简言之,即是在特定时间内你在三维空间中移动的距离。

这样的速度定义,当然并非一成不变。并且,在该定义下,速度绝不可能超越光速,这点爱因斯坦在狭义相对论中已有明确论述。

也许,这正是你听到“万物皆以光速行进”时感到震惊和荒谬的原因所在。

然而,要真正理解我的想法,关键在于理解“时空”的概念。所谓“万物以光速行进”,是指它们在四维时空中的行进速度,而非单纯空间内的移动。

空间与时空,虽只一字之差,却分属牛顿力学与相对论,两者存在根本性的不同。

牛顿力学建立在孤立的三维空间和时间上,而相对论则将时空视为不可分割的整体。

用物理学的语言描述,牛顿力学基于欧式几何,而相对论则基于闵氏几何。相对论的基石是事件,每个事件包含四个基本坐标:三个空间坐标和一个时间坐标。时间和空间在相对论中是平等的,也是不可割裂的整体。

空间中的速度,我们平时所讨论的速度,即是空间中的移动速度,空间位移除以时间即为速度。

而到了相对论的领域,速度指的是四维时空中的速度。该如何界定这个速度呢?

依照空间中速度的定义,四维空间中的速度可以这样理解:从四维时空的一个点移动到另一个点的“时空位移”除以时间,即为四维空间中的速度。

重点在于“四维时空中的时空位移”。若你对时空图或世界线有所了解,自然能轻易理解“时空位移”这一概念。即便此前不曾了解,这里也会尽量以通俗易懂的方式进行讲解。

相对论中,基本单元是事件,每个事件包含四个坐标:三个空间维度坐标及一个时间维度坐标。因此,四维时空中的时空位移指的是从一个事件移动至另一个事件。

记住,即便你坐在沙发上未曾移动,也不意味着你的时空位移为零。何以见得?

因为你所认为的“未曾移动”仅指空间三维坐标未变,但在四维时空角度来看,你的时间坐标持续在流转。例如,你从早上7点至8点坐在同一椅子上,你在7点的时空坐标与8点的坐标显然不同,这是两个独立的事件,它们之间存在时空位移。

有位移,就有速度。通过这种方式计算得出的速度,即为四维空间中的速度。也就是说,即便你静坐不动,你在四维时空中依然以光速行进。

至此,你或许已感受到某种隐约的理念,难以言传却可意会。

简言之,若你明白“即使一动不动,你在时间维度上仍有速度”这一结论,问题已解决大半。接下来,只需证明这一速度即为光速,问题便可彻底解决。

让我们做一个思想实验。

人的一生,从生至死,无时无刻不在感受时间的不断前行,直至生命的终点!对此,你无法抗拒,无论如何挣扎,你都无法逃离时间之河的无情流逝。

换言之,你静静度过一生与快速移动度过一生,在本质上并无区别,因为时间都会悄然流逝。

然而,真的毫无差异吗?

并非如此!若你开始移动,在空间中的坐标即发生变化,这意味着你在空间维度获得了速度。空间速度会带来何种影响?

许多人或许已知晓:钟慢效应或时间膨胀效应。

速度越快,时间过得越慢。换言之,空间速度能减慢你在时间维度上的速度。空间速度越快,时间速度就越慢。

若你的空间速度达到极限——光速,时间速度则降至最低。

空间和时间维度的速度“总和”始终恒定,即为光速。你大可以根据自身需求,在空间速度和时间速度之间分配光速。

你或许还心存疑虑:你所言不过是信口雌黄,怎能确定空间和时间维度的速度“总和”即是光速?

实际上,通过简单的计算可推导出四维空间的速度公式,得出的结果正是光速的平方。这并非偶然,而是必然。本文不作详细推导,有兴趣者可自行尝试。

至此,你应已彻底理解我的想法。

我们完全可以这样通俗理解:物理课上,我们学过力的分解,光速就像一个总力,而时间和空间维度的速度则像是将这个总力分解后的分力。

总的来说,我们常感时间匆匆,疑问时间何以消逝,实则我们有方法留住时间。只要理解空间维度速度与时间维度速度之和为光速,接下来,我们应尽可能提高空间维度速度,即让自己行动起来,以减慢时间的流逝。

因此,想要时间慢下来,就赶紧行动吧!

当然,日常生活中我们的空间速度极为有限,对时间速度的影响几乎微乎其微。倘若未来人类能以亚光速移动,或许能亲身体验时间减慢带来的变化。

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简介:用通俗的语言诠释科学