这个话题,实际上是我试着回答一下上次零不是数和来罘提出的几个问题。当时回帖说会写写这一部分到目前为止的结论,趁还是假期,那就聊一点我知道的。
关于大爆炸。
大爆炸这个假设是怎么来的?算出来的啊。爱因斯坦的广义相对论回推到零突然有解。小于零?没了。
如果你稍微有一点偏微分方程的知识,就很容易理解为什么会有这个推论。简单来说,偏微分方程用来描述一种自然界的物理变化过程,任何一个偏微分方程的解都是不定的(当然有可能无解),所以求解偏微分方程,是在基于事实的基础上给一个边界条件,也就是具体的值,然后在这个边界条件下求解。
所以大爆炸理论可以说是广义相对论的直接推导。有没有可能错?当然有可能。所有的理论都有出错的可能啊,但是今天能叫理论,是它一定可以合理地解释某些物理现象。而广义相对论,到目前为止这100年以来的新发现新结论,都和它很吻合。
这也是它最厉害的地方。我不觉得任何一个Prophezeiung可以有资格这样说。
接着说不变的光速和时空弯曲的概念。
首先,光速肯定是不变的,还是爱因斯坦的广义相对论的结论。如何理解时间变慢?
按照我们习惯对速度的理解,想象你在一列奔驰的火车上,非常快地跑,比如火车速度200km/h,你也200km/h,如果地面上人看你,那么你的速度是线性叠加,400km/h,初中物理?不确定了,反正大家都知道。
下面是关键。
假设你坐在一艘飞船里以光速飞行,同时你带了一只腕表,而且是机械装置的,也就是指针哒哒哒,你看见的1秒,两秒,三秒...,在地面上的人眼里看他们的表,会变1xxxxxx秒,2xxxxxx秒,3xxxxxx秒...。
也就是说,你的时间相对变慢了。你飞一圈再飞回来,对你只过了三年,但是地面上已经是你兄弟的子子孙孙那一代。
因此,关于这个问题,光线、时空弯曲了,那光线从光源到观测者之间传播的距离是否就比直线更长?
有一点点需要修正,时空是弯曲的,光线不是。所以不变的光速是不会到达观测者慢一点的。
并且,光线从光源到观测者的距离也不会变长,是因为,当接近大质量天体,比如黑洞时,要修正的是标尺(In der Nähe einer Masse ist jeder Maßstab verkürzt.)
同时,关于距离这件事也不再是我们常说的欧氏空间。我多说一点这个问题。
欧氏空间是大家最常见最熟悉的,它的一些概念,比如两点间直线最短,三角形内角和是180度这些不用我多解释。
但是,谈到广义相对论,时空弯曲,是不能用欧氏空间的概念来理解的。比如上图中AB两点间的距离,是这个球表面的弧线(黄的部分),属于Hyperbolische Geometrie,而广义相对论的弯曲时空中,用的是黎曼几何。
我不想再多讲黎曼几何,那太长了。有兴趣的可以去查一下这个概念。最起码,我想学过高等数学的,应该都有黎曼积分的概念。呃,就是那个家伙搞出来的。
这个叫“双胞胎悖论”。
假设双胞胎A在原地没动,双胞胎B朝远方飞去,又飞回来。
这个悖论问:双胞胎A、B相对移动,A会比B年轻,B也会比A年轻。这不可能呀!
真正的结果:好像只有B比A年轻,而没有A比B年轻。(走的那个年轻,在家呆着那个不年轻。)
有两个解释。
(解释1)A在原地没动,没有加速度。B朝远方飞去,有加速度。再往回飞,又有加速度。所以A、B完全不对等。
(解释2)A在原地没动,所以一直用一个坐标系。B朝远方飞去,再往回飞,换了好几次坐标系。所以A、B完全不对等。
(物理不是我的专业。以上只是根据我业余读到的。)
我觉得科学家没把这事说清楚,所谓光,不是光源发出的,光源只是引起周围的空间振荡,没有震荡,空间就是空间,一振荡,就变成了电磁波,光波,等等,因此光速不变就没什么奇怪的了,振荡产生后,就和引起振动的源头没关系了,只是空间自己运动而已,那就有一个问题,光速不变是怎么定义,测量的呢?不能把光源作为参照物,光源的运动也不应该考虑,没有参照物,说光速不变是可以理解的,但是说光速不变就会推断时间和空间变长变短就不好理解了。
如果一个人去太空旅行,回来会比地球人年轻,那地球人也是以同样的速度相对这个人做太空旅行,为什么不是我们比他年轻呢?他离开时,我们看到他的时间越来越慢,但是他回来时,我们看到他的时间就会越来越快,最后相遇时,时间应该是一样的, 因此应该一样变老。
如果光真是有粒子性,光子应该从电灯发出,光灯后,那些已经发出的光子都哪里去了? 掉得满地都是吗?
谢谢你的文章,学习了很多知识,虽然很多看不懂。
好像“光速不变”不是爱因斯坦的广义相对论的结论。
“光速不变”是爱因斯坦之前人们做实验测出来的结果。
爱因斯坦根据前人测出“光速不变”的实验结果,提出了侠义相对论,包括长度缩短和时间缩短。(他看着窗外的火车想出来的)
广义相对论好像主要是说质量会使空间弯曲,使原本应该直线匀速运动的东西改沿曲线运动,也就是有了加速度,而爱因斯坦说这个加速度就是引力。(他在电梯里想出来的)