光锥悖论

作者:WDNMDZL 更新时间:2021/2/10 0:12:29 字数:3071

光锥,时空中的面,在上面标出光通过一给定事件的可能方向。 以时间维t替换三维空间之一维(如z),选择事件发生之点(x0,y0,t0)为原点,则此事件所能影响之空间范围为以ct(上限速度光速c与时间t的乘积)为半径所包围之圆(或球,如果考虑z);此空间内一系列沿时间轴方向(F)半径渐增之圆堆积之锥即称之为光锥(将来光锥)。

另一方面在时间轴相反方向(P)与之对称之锥显示了能够对此事件发生产生作用的空间范围,称为此事件的过去光锥。光锥外的事件(他处)点无法与原点事件发生物理学意义上的因果关系。

将一块石头扔进水塘,水表面的涟漪向四周散开,并且涟漪以圆周的形式越变越大,这个二维的池塘水面加上一维的时间,扩大的水圈与时间就能画出一个圆锥,顶点是石头击中到水面的地方和时间。

类似地,从一个事件出发的光在四维的空间-时间里形成了一个三维的圆锥,这个圆锥称为事件的过去光锥。

它的宇宙学意义就是当我们遥望夜空的时候,我们并没有看到状态的宇宙,天空所显示的图像不同于一幅瞬时拍摄的快照因为光从遥远的地方到达我们这里要花一定的时间,我们在天空中所见到的任何一个天体都是它在发光瞬间的像。望远镜好比是"望时镜"。天体离的越远,我们今天见到的像在时间上就倒退的越早。实际上我们所见的宇宙是一个穿越时空回溯的像。

同样道理,一个事件将产生一个未来光锥,事件以光速向我们逼近,它的物理影响在到达前是完全无法预测的,因为我们没有发现事件发生,我们此刻还在这个事件的未来光锥之外。例如,假定太阳现在停止发光,这个事件不会对此刻的地球发生影响,我们只能在八分钟后,当地球位于太阳停止发光这一事件的未来光锥之内才受到绝对过去发生的这一事件的影响。


我们看到的光锥图其实是不完整的,它还少了一条空间轴。所以在四维的光锥才是它的本来面目。

现在我们来想象在三维时空中——你站在某个地方,拿着一个可以朝向各个方向发光的大圆形灯泡。在特定的时间,你打开灯泡,闪光一瞬便关掉(光脉冲)。谁有机会看到你的灯泡的光芒?我们只要想象它可以在各个方向自由发光即可,不要考虑楼房建筑等妨碍物。

你会意识到,有一个整个球的光从灯泡扩大 ,之后便渐渐远离你了。 球体的光以光速扩展,你可以想象,最终你周围空间的每一个点都会被你的扩展球体到达。但是,它什么时候才会到达某个特定的空间位点呢?

实际上,我们所在的世界有三个空间维度,因此光的路径将实际上在三维(3D)空间中形成膨胀或收缩球面,而不是2D中的圆形。

说的简单点,就是在三维空间中的观察者以自身为中心,向外界发送光速行驶的事件球。

如果对其运动的概念加以描述,就是以观察者为中心,将一维时间比作一条向上无限延伸的绳子,光锥看起来就是不断向上攀爬的一样。但其实并不是光锥在爬,而是观察者在爬。时间绳上的‘此刻’在被观察者“独享”后就成为了过去光锥。

光锥所前进的方向是不变的,它会一直沿着“绳子”向上攀爬。也绝对不会停下或逆向爬。所以也就有了“光锥之内就是命运”的说法。

而光锥之内就是命运,是说如果你处于一件事的光锥之内,就可以肯定这件事已经在一段时间(不管是几纳秒还是几千年)之前发生了,你看到的只是它过去的影像,你只能接受它的发生,这是命运的安排,因为——在我们这个三维空间+一维时间的世界里,不可能出现某物体沿时间轴逆行的情况,说白了,物体的时间不能倒流,甚至连停止都不可能。

光锥所攀爬的绳子即可看作命运之绳。

光锥之外的事你无力掌控,甚至无力发现,你只有接收光锥之内传进来的信息,怎么应对是你的事,但传进来什么都是命运的安排....

依照这个理论便可推断出万物的命运是固定的,所有事件都是按照既定的剧本发生的。这就是宿命论。

宿命论的观念十分普遍。不论古今中外,人们都不断尝试解开人生的种种奥秘,或找出某些事情的寓意。历史家黑尔默·林格伦说:"似乎人把事情看成是由某种力量促成,顺理成章地发生,还是纯粹出于偶然,然后人就把"神"、"命运"或"机遇"加诸其上。"在人类的历史上,跟命运有关的信仰、传说和神话常常俯拾皆是。

基于现代科学方面的理解:

世界是"物质"(此"物质"为全称表述,代表所有物质、空间、时间、能量等)的,"物质"是运动的,运动是有规律的,规律是不以人的意志为转移的,这上是全称判断,因而是完全推理,由此得出"世界是宿命的"的结论是简单而明了的。

在宇宙中,存在很多时间断面,每一个时间断面都"记住"了每一个基本粒子的位置、速度和绝对质量,每一个时间断面中的每一个基本粒子的位置、速度和绝对质量,都由前一个时间断面"记住"的每一个基本粒子的位置、速度和绝对质量所决定。如果一个一个时间断面往前推,直到大爆炸之前的奇点,就可以认为,如果存在完全相同的另一个奇点,在同一个时间段面里的两个宇宙是互不作用而完全相等的。宇宙中的一切,都由奇点决定。

但这便引出一个问题。在量子力学中有一门人人都可无门槛学习的理论——概率论。万事皆有例外,宇宙唯一不变的就是变。宿命论的出现打破了这个概念,这也就使得光锥所引导的论点是一个悖论。

人的命运是由个人家境生活环境社交圈子以及无数种不确定的因素构成的,而不是一成不变。每个人在每一天干的每一件事,都会影响他接下来的人生。每一个小小的事件都会在蝴蝶效应的作用下对一个人产生无比巨大的影响,就更不用说宇宙了。

实际上,光锥的存在可以说合理,也可以说不合理。因为它符合狭义相对论,却不符合量子力学。不过这在物理上其实挺正常的,毕竟量子力学的出现直接打破了原有的经典力学体系。在科学中总会有一些曾经被认为理所当然的要被无情地革除。

宇宙的奥秘无穷无尽,星河之中所蕴藏的,是如同彩虹海一般诱人又危险的美丽。所以,保持对万物的敬畏,以虔诚之心看待科学。

(本章作为设定补充,后续会有相关的内容。因为怕读者老爷可能会看不懂,所以这里算是本书的知识科普。内容参考百度《光锥的定义及理解》,加上本人的虚构,请勿当作严肃的科学处理。如有在此方面有所研究的大佬,还请多多指点。)以下为正经时空与运动的关系的课外拓展,可带入以上所写光锥综合理解,请诸位放心食用~

时间是物质运动过程的持续性和顺序性,空间是运动着的物质的广延性,时间和空间作为运动着的物质的存在形式,它们同物质运动不可分离;

时间和空间是运动著的物质的存在形式,时间是物质运动过程的持续性、顺序性。

时间的特点是一维性,空间是运动著的物质的伸张性、广延性,空间的特点是三维性,时间和空间同物质运动的不可分离性,表明了时间和空间的客观性;运动是物质的固有性质和存在方式,是物质所固有的根本属性,没有不运动的物质,也没有离开物质的运动。

扩展资料:

时空客观实在性的不变性和具体特性的可变性时间和空间作为物质运动的存在形式,它们的客观实在性是不变的、无条件的,因而是绝对的,而受物质运动特性所制约的时间和空间的具体特性是可变的、有条件的,因而是相对的;

人们关时间和空间的观念也是可变的、发展的、也是相对的。

时间和空间的无限性和有限性时空是无限和有限的辩证统一,物质世界在时间和空间上是无限的,而具体事物的时间和空间都是有限的,在时间上是暂时的,在空间上是有界限。——摘自360问答的Nurke大佬

熵增:在热力学中,熵是系统的热力学参量,它代表了系统中不可用的能量,衡量系统产生自发过程的能力。熵增加,系统的总能量不变,但其中可用部分减少。孤立系统的熵不会减少,这也是热力学第二定律的表现之一。

熵增过程是一个自发的由有序向无序发展的过程(Bortz, 1986; Roth, 1993)。 热力学定义:熵增加,系统的总能量不变,但其中可用部分减少。统计学定义:熵衡量系统的无序性。熵越高的系统就越难精确描述其微观状态。


设置
阅读主题:
字体大小:
字体格式:
简体 繁体
页面宽度:
手机阅读
菠萝包轻小说

iOS版APP
安卓版APP

扫一扫下载