时间简史①:大名鼎鼎的相对论,探索宇宙必须了解的物理学概念

插花        2019-03-23   来源:娱文当下
时间简史①:大名鼎鼎的相对论,探索宇宙必须了解的物理学概念

先说一下啊,在我们讨论宇宙问题的时候,必须要放弃很多你之前的认知——常识。很多人知道,牛顿当年提出了力学三大定律和万有引力定律,可以解释地球上万事万物的运行规律。但问题是,我们所生活的世界是一个低速运转的世界,就算是速度比较快的东西,比如超音速客机或者兰博基尼,跟高速运动的宇宙相比,都像是缓慢蠕动的虫子。也就是说,牛顿的那套规律到了地球外面就不一定适用了。怎么办呢?在那些牛顿力学不适用的场合,我们就要借助另一位伟大的物理学家爱因斯坦的研究成果,也就是大名鼎鼎的相对论。

相对论可以分为狭义相对论和广义相对论,咱们来分别简单介绍一下。狭义相对论是对牛顿力学的拓展,它解释了物体在高速运动时的一些规律,其中最具参考价值的一条,就是光速不变定律。在狭义相对论中,光速是恒定的指标,这意味着不论观察者以什么速度运动,测量到的光速都应该完全相同。

大家也许会纳闷,这怎么可能呢?要是我比光的时速慢200公里,那测出的光速就应该是每小时200公里,假如我跟光一样快,那光速对我来说应该是零,怎么会一样呢?这是因为,根据狭义相对论,物体运动的速度越快,时间的流逝就越慢。要是你的速度接近光速,那日土司对你来说就接近静止了。因此,光速是不变的。

那广义相对论说了什么呢?它是对牛顿引力定律的扩展。根据牛顿的理论,引力是由质量产生的,物体的质量越大,产生的引力也越大。至于为什么会这样,牛顿一直也没搞明白,到了爱因斯坦这儿,他是这么解释的:空间就像一块绷紧的弹性薄膜,有质量的物体就像是薄膜上大大小小的玻璃球,相当于原本平坦的空间上形成了大大小小的坑。大家想象一下,玻璃球的质量越大,就会让薄膜凹陷得越深,质量小一点的球就会向这个坑滑过去,引力就是这么来的。

质量弯曲空间:

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相对论的重要性,就在于上面的两个结论:狭义相对论说明了时间不是绝对的,广义相对论说明空间不是平坦的。实际上,我们的宇宙是一个混杂了时间和空间的复合体,这两个要素会受到各种力和能量的影响而发生改变。要想理解宇宙,我们首先就得接受这个设定。

除此之外,爱因斯坦还提出了另一个重要的结论:从本质上来说,物质和能量是一回事,它们在某种条件可以下互相转换,这其实就是大家都听说过的魔鬼——质能方程:E=mc2。也就是说,在宇宙的任何一个角落,随时可能在进行着物质和能量的转换。

核动力航母:

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核爆:

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那么,宇宙到底是什么呢?根据大量的计算和观测结果,再加上爱因斯坦的理论,我们可以大致推测出宇宙的状态:它是一个仍在膨胀的巨大空间,直径超过900亿光年,里面充斥着散逸的能量和粒子。我们如今看到的世界,都起源于130多亿年前一次突然的暴胀,让宇宙在几秒钟内,体积从零变得巨大。

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