《相对论 · 上》—— 过去,现在,未来是同时存在的吗?

If you pay attention, this episode is going to blow your mind.

—— Gabe Perez-Giz, PBS Spacetime

The distinction between past, present and future, is only an illusion, however persistent.

—— Albert Einstein

这是一篇有关《相对论》的文章,在这篇文章中,我想跟大家讨论两个非常有趣的话题,第一个就是上面的那句爱因斯坦亲口说过的话 —— 过去,现在,未来,是同时存在的。如果你觉得已经没有什么话题可以比它更加颠覆常识的话,那么看看第二个话题吧:牛顿认为,苹果从树上掉下来是因为苹果受到了地球的引力。而爱因斯坦则认为,不是苹果从树上掉下来撞到了地球,而是地球从下面升上去撞到了苹果。

有没有吓跑你?哈哈!如果你还在这儿的话,让我们开始吧!

十九世纪的最后一天,欧洲的科学家们欢聚一堂。会上,英国著名物理学家开尔文男爵发表了新年祝词,他在回顾物理学所取得的伟大成就时说:物理学的大厦已经落成,所剩的只是一些修饰工作,但是在经典物理学阳光灿烂的天空中,漂浮着两朵乌云。

第一朵是迈克耳逊 — 莫雷实验的结果。

第二朵则是黑体辐射和紫外灾难。

开尔文男爵之所以说物理学的大厦已经落成,是因为苏格兰人麦克斯韦在1873年用四个美妙的公式统一了电磁学,那一刻激动的人们认为我们已经掌握了上帝造物的全部真理。麦克斯韦方程组说明了光就是电磁波,并且计算出了它的速度。可是既然光是一种波,它就要在一种介质中传播吧?就像水波在水中传播,声波在空气中传播。于是科学家们设想了一种看不见摸不到但充斥在宇宙中每个角落的东西 —— 以太,来充当光波传递的介质。

1887年,迈克耳逊和莫雷决定测量在地球这个参考系下,光的传播速度。因为当时的人们认为,以太是不动的,地球是在动的(以每秒30公里的速度绕太阳公转),所以顺地球动的方向上的光速应该比逆地球动的方向上的光速快。因为顺地球运动方向的光速应该 = 光本身的速度 + 地球的速度;逆地球运动方向的光速应该 = 光本身的速度 – 地球的速度。

可是迈克耳逊和莫雷的测量结果却令人大跌眼镜:不论在哪个方向上测量,光速都是不变的。当时的人们根本无法解释这样一个结果,所以它变成了物理学灿烂天空中的一朵乌云。

直到爱因斯坦的出现。

不过在介绍爱因斯坦的想法之前,我想先提醒大家一下当时人们对世界的认知,也就是牛顿对世界的认知。

牛顿认为,整个宇宙就是一个三维的空间在一条时间轴上不断演化。不管空间还是时间,都是绝对的。意思就是它们对每个人来说都是一样的。其实在日常生活中,绝大多数人的宇宙观还是和牛顿一样的。例如我会跟好友打电话说明天早晨八点在某某星巴克见。说这话的时候其实隐含着我的 “明早八点” 和她的 “明早八点” 是同一时间这一条件,因为似乎时间的流逝对我们来说是一模一样的。

是这样吗?

爱因斯坦设想,如果一个人站在一列高速运动的火车上把一束光从车厢尾部的位置打到车厢头部的位置,那么在他看来,光只走过了车厢长度的距离。但是如果有一个人是站在地上观看这个过程的,那么光其实走过了更长的距离 —— 车厢长度 + 火车在这段时间的运行距离。

距离 = 速度 × 时间

既然速度相同(光速不变),距离却不同,此时刚刚在英国崭露头角的福尔摩斯先生用他的经典逻辑告诉爱因斯坦 —— 那么只能是时间不同!

设想你现在开着一辆车向正北方向驶去,1小时后行驶了60公里(数字不重要),此时你距离出发地点,在正北(正上方)这条坐标轴上,已经相距60公里。但假设你是向正西北方向(左上方)驶去,一小时后仍然行驶了60公里,但此时你距离出发地点,在正北这条坐标轴上,就仅相距42公里,那是因为你向北行驶的一部分运动,转化给了你向西行驶的运动。因此你距离出发地点,在正西这条坐标轴上也相距42公里。如图:

爱因斯坦认为,时间和空间的关系就正是这样呀!假设你现在站着不动,那么虽然你在空间中是不运动的,但是你在时间中是在运动的,对吧!?你在一分一秒的变老!这时候,你全部的运动都是在时间中,所以此时你的时间过的最快(一路向北)。如果你在空间中是运动的,就像那列高速运动的火车一样,那么你在时间中的一部分运动,就被转移给了你在空间中的运动,所以你的时间就变慢了!

事实上,物理学家正是通过画这样的图来研究物体的运动的。这种由于运动导致的时间变慢被物理学家们称为 time dilation(我百度了一下这个词被翻译为 “时间膨胀”,我认为翻译的相当有问题,所以我以后还是把它称为 time dilation)。

Time dilation 这个现象已经被无数的实验所证明,例如在1976年,NASA 把一个原子钟(根据不同原子的振动频率来计算时间的钟,可以精确到小数点后很多位)放在一架喷气式飞机上,然后让它在天上飞。然后把另一个一模一样的原子钟放在地下和天上那个做对比。果然,在飞机上的那个高速运动中的原子钟走的比地下的这个慢了一点点,慢了多少也是被相对论的方程精确预测的。

当然,我们必须用原子钟这样精确到小数点后很多位的测量仪器才能测量出时间差来,因为人类的运动能力实在是太低了,所以日常生活中我们根本感觉不到这种现象。只有当我们的运动速度非常快的时候,才能显著的感觉到它。因此在日常生活中,我的 “明早八点” 和你的 “明早八点” 确实几乎是指同一时间。

Time dilation 这个概念非常重要!让我们再举两个例子。

还记得时间和空间的关系吧? 假设你现在站着不动,那么虽然你在空间中是不运动的,但是你在时间中是在运动的,对吧!?你在一分一秒的变老! 事实上爱因斯坦,或者说《狭义相对论》认为,我们在时间和空间中的运动加起来!才是我们真正目前所做的运动 —— 它等于光速。那么我们可以想象一下,如果我们以光速在空间中运动会发生什么?此时我们全部的运动都是在空间里了,因此我们在时间中的运动就必然是静止的了!换句话说,如果我们可以以光速运动,那么对我们自己来说,我们就可以一瞬间从宇宙的一端飞到宇宙的另一端。

这里需要稍微解释一下。大家应该都有个印象,就是说距离我们很远很远的东西都是以光年为单位的,例如《三体》里面的三体人,住在距离我们四光年的星球上。因此我们会认为,就算三体人是以光速的速度飞到我们这里来,也需要四年!但是注意,这句话是针对我们,也就是地球来说的,或者说的专业点,是以地球为参考系的。但是对三体人来说呢?由于它们是以光速运动的(在空间的坐标轴上满速运动),因此它们在时间的坐标轴上就静止不动了呀!所以,如果一个三体人是20岁出发的话,那么它达到地球的时候必然也是20岁。整个过程对它来说就是一瞬间的事!虽然对我们来说,时间已经过去了四年。因为时间的流逝对处于不同运动速度的人来说是不同的呀!

提醒大家一下,爱因斯坦的这套理论叫做《相对论》,所以当我们描述一件事的时候,例如一个人的速度,或者时间的流逝,一定要首先搞清楚前提条件 —— 这个描述是针对谁的?

Kip Throne 在其著作 Black Holes & Time Warps 中还举了这个一个例子。假设你现在想驾驶一艘速度非常快(接近光速)的宇宙飞船飞往银河系的中心去探索一下那里的 “超大质量黑洞”。银河系有多大呢?银河系的直径是十万光年!而我们的太阳,距离银河系的中心大约是 3.3 万光年。

银河系的中心是一个 “超大质量黑洞”银河系的中心是一个 “超大质量黑洞”

Kip Throne  计算了一下,如果我们以接近光速的速度飞行,那么对于地球人来说,最少也得 3.3 万多年之后我们才能飞到银河系的中心。但对我们自己来说,由于我们在空间中的运动速度非常快,所以这整个过程对我们来说不过是二十年而已。换句话说,如果有一天人类真的可以制造出可以接近光速飞行的宇宙飞船,星际旅行将成为现实。花二十年的时间,去银河系的中心看一看!难道你不想去吗?哈,只要别想着回来就行了。因为等到我们回来,地球已经过去六万多年了(应该已经是猩猩的世界了)!

这意味着什么呢?

牛顿的世界观,或者说常识告诉我们,似乎所有人都同意一个事实,就是过去的事都已经过去了,而未来的事都还没有发生,对所有人来说,只有 now,或者说 “现在”,才是真实存在的。所以我们才有个词叫做 “现实”。这个 “现实” 对所有人都是一样的,是所有人都可以同意的。这个现实在不断的随时间演化,moment after moment, after moment。

但其实 Time dilation 这个现象告诉我们,是不可能存在一个 moment,或者说一个 now,让所有人都同意的。也就是说,你的现实和我的现实,所包括和所描述的东西并不一样。

如图,假设你和两个小伙伴驾驶着宇宙飞船在天上匀速向右侧飞行(匀速飞行意味着你们之间的距离保持不变),你的飞船在中间,小伙伴的飞船分别在头部和尾部:

没错,中间飞船里那个人就是你 ~ 黄线是光的行程没错,中间飞船里那个人就是你 ~ 黄线是光的行程

此时你用飞船的激光设备同时向前后两艘飞船发射两束激光,这两束激光就是命令 —— 让它们加速!对你来说,没有问题,因为光速本身不变,你和前后两艘船的距离也没有变,因此你的小伙伴们应该是同时接收到信号,并且同时开始点火 —— 加速!

图中的黄线就是光的行程图中的黄线就是光的行程

但是请注意,如果我是站在地面上观看这一过程的,那么对我来说,如图,是左边那艘飞船先接收到信号喔!因为飞船在向右侧移动,所以光从你的飞船飞到左边那艘飞船的距离要比光飞到右边那艘飞船的距离短很多!这个跟前文中爱因斯坦的那个火车上的思想实验是一个原理。

因此对我来说,是左边那艘飞船先接到信号,从而先加速!右边那艘飞船后接收到信号,从而后加速!然而对你来说,却是两艘飞船在同一时间加速!那么你说谁对呢?很明显,你我都是人呀,我们之间应该是没有任何区别的,那么只能是 “都对”!造成我们意见不同的原因不过是我们相对于 each other 都在运动而已(虽然我相对于地球是静止的)。

这说明什么呢?说明宇宙中并不存在一个 moment,或者说一个 now,是可以让所有人都同意的。事实上,如果我们让飞船飞行的速度更快(接近甚至等于光速),或者让我站的更远一点(例如站到宇宙的另一边去),那么这种 “不同意” 的尺度也会越来越大。

还记得三体人吧?他们居住在距离我们四光年之外的地方。Time dilation 这个现象告诉我们,如果三体舰队现在已经整装出发,冲着地球过来了,那么它们的现实就是会包括地球的未来呀!为了简单起见,我们还是假设它们以光速运动。那么对它们来说,从三体星到地球只需要一瞬间!而等它们到地球的时候,地球已经是四年后了!换句话说,三体人在出发的那一刻!它们的现实就是地球四年后的样子。那么如果是一个居住在银河系中心的文明以光速冲着地球来了呢?它们在出发的那一刻,地球 3.3 万年以后的景象就是它们的现实!如果是一个居住在 100 亿光年外的文明呢?它们在出发的那一刻,地球 100亿年以后的景象就是它们的现实! 不过到时地球肯定已经没了,连银河系都没了,和仙女座 merge 了。

现在夜空中的仙女座星系现在夜空中的仙女座星系

20亿年后地球的夜空20亿年后地球的夜空

仙女座读作 Andromeda!好喜欢这个词的发音啊有没有 ~

37.5 亿年后地球的夜空37.5 亿年后地球的夜空

40 亿年后地球的夜空!仙女座星系和银河系正式相撞!大批新的恒星系不断产生!40 亿年后地球的夜空!仙女座星系和银河系正式相撞!大批新的恒星系不断产生!

Okay,欢迎从40亿年之后回来,我们继续讨论相对论 ~

如果你觉得假设以光速运动有点不靠谱,其实就算是以非常低的速度,只要它们是冲着地球的方向来的,那么地球的未来就必然是他们的现实,至于对我们来说是一个小时后的未来,还是 100 亿年后的未来,是无所谓的。

重点是对它们来说,地球的未来就是存在的现实!

如果它们是背对着地球运动呢?那么地球的过去对它们来说就是存在的现实了。因此,如果说你的未来是我的过去,我的过去是你的现实,我的现实又是你的未来,那么说明什么呢?只能说明所有的过去,现在和未来,都是现实呀!它们都是 equally real 的!所以爱因斯坦才会说出那句:

The distinction between past, present and future, is only an illusion, however persistent.

这句话到底是什么意思呢?什么叫 “过去,现在和未来是同时存在的?”

首先,让我们再回到牛顿。牛顿认为,整个宇宙就是一个三维的空间在一条时间轴上不断演化,moment after moment, after moment。并且只有当下这个 moment 是真实存在的(过去的已经过去,未来则虚无缥缈),因为它是可以让所有人都同意的。只有所有人都同意的东西,才能被称为是真实的东西,对吧?

但是现在我们已经知道,牛顿的世界观已经破产了,因为根本没有一个 single moment 是所有人可以在同一时间,共同同意的。那么真实的世界是什么样的呢?爱因斯坦认为,牛顿把 space 和 time 分开是不对的,宇宙不是 space + time,而是 Spacetime!时空。是一个整体。

如图,爱因斯坦也认为宇宙是由一个一个的 moment 组成的,但是他和牛顿的区别就是他不认为宇宙在演化,而认为每一个 moment 都是真实存在的。从宇宙大爆炸,到太阳系形成;从贝多芬写出《命运》,到诺兰的《星际穿越》上映;从银河系和仙女座相撞,到最后所有的恒星都逐渐熄灭。这一切的一切,都是真实存在的东西,都是现实,都是 Reality,它们共同组成了 “时空” —— Spacetime!

这里我还是用 Gabe 在 PBS Spacetime 里的那句话来总结:Reality is not a 3D space that evolves in time, instead, it’s a 4D spacetime that’s JUST THERE ~

Just there 这两个词用的很棒!

Brian Green 在他的视频 PBS Nova – the Fabric of Cosmos 里,给我们展示了一下 Spacetime 的样子。我们可以看到,这块 “大面包” 它并不演化,It’s just there ~

这张图有趣的一点是图中的 Brian Green 就像一个五维生物一样站在这四维的 Spacetime 之外。因此如果他愿意的话,他可以同宇宙中的任何一个时间的任何一个地方进行互动。当然,这是《星际穿越》里面的情节设计,肯定是 science fiction 啦!我是不相信会有什么五维生物之类的东西的。当然,五百年前的人还以为太阳是宇宙的中心呢,So ~

那么如果没有五维这种东西的存在,就在这个四维时空里,我们有办法 “穿越” 吗?

去到未来是很 “容易” 的。我们只要找一艘飞的特别快的飞船,然后开出去转两圈,等回来的时候,我们可能只老了几天,而地球已经过去了一百年。这就相当于是穿越到未来了。回到过去呢?比较复杂,需要用到一种被称为 “虫洞” (wormhole)的东西。

虫洞是一种连接 Spacetime 里不同时空节点的隧道。很简单,比方说你现在在 Spacetime 上的坐标是 2017年,旧金山;那么你只需要走进虫洞,然后就可以从比方说 2007年,旧金山这个坐标里出来就好了。一旦我们接受了 Spacetime 这个概念,利用虫洞来完成穿越就很容易了。

当然,虫洞具体是怎么回事儿我们必须等到下篇文章才能搞清楚。它目前只是理论上可行,谁也没见过。事实上很多科学家都不相信它的存在,或者说就算存在,也不可能把人这么大的东西放进去。不然为什么到目前为止我们都还没有发现从未来 “穿越” 回来的人呢?而且如果可行的话,也会导致例如 “祖父悖论” 这种逻辑问题。要知道科学家在研究宇宙的时候是抱有一个坚定的信念的,就是宇宙一定是 make sense 的!不然为什么不干脆说我们的宇宙是一个电脑程序然后所有的问题都是系统设定不就好啦?

好了,“穿越” 问题我们就讨论这么多。接下来我们还要 dig deeper,去探寻一下到底为什么会发生 time dialation 这种现象!你准备好了吗?

As usual,让我们来进行一个思想实验。

(PBS Spacetime 有一集叫做 when time breaks down,把这个问题讲的非常好,我会把这个视频的地址,以及之前出现在文章中的各种图片,视频的出处都写在文章的 P.S. 部分)

图中的公式错了,应该是距离除以时间,不是乘以图中的公式错了,应该是距离除以时间,不是乘以

如图,假设我们有一个 “光子表”,由两个没有质量的镜子,和一个在它们之间弹来弹去的光子组成。我知道没有质量的镜子这种东西是不存在的。其实就算有质量也没关系,只是这样简化了系统,方便理解。

这个光子在这两面镜子之间弹来弹去,来回弹一次,表就走一下,或者我们说完成一次 tick,也意味着时间往前推进了一次。很明显,光子 tick 一次所需要的时间 = 光子走过的距离 ÷ 光速。

右侧的光子表在向右侧移动,所以光子要走更远的距离才能 tick 了右侧的光子表在向右侧移动,所以光子要走更远的距离才能 tick 了

重点来了。上图中这个长的有点颓废的朋友,就是 PBS Spacetime 的主持人 Matt ~ 我们假设现在右边这个光子表相对于 Matt 开始运动了!它在远离 Matt!那么对于 Matt 来说,如图,右边那个光子弹一个来回要走过更长的距离了?对吧?所以对 Matt 来说,由于光速是不变的,因此右边那个光子表走的更慢了,因为光子要完成一次 tick 的时间变长了!而 Matt 自己的光子表 —— 左边那个,却并没有变慢,因为光并不需要走更远的距离。

那么如果右边这个光子表的运动速度非常非常快呢?对静止不动的我们来说,我们就会发现它要完成一次 tick 所需要的时间变得越来越长了!或者换句话说,它的时间走的越来越慢了!

那么如果右边这个光子的运动速度达到了光速呢?那么它就永远也不可能完成一次 tick 了,于是它的时间彻底停止了!

是不是很神奇!?那么这个思想实验和真实的世界有什么关系呢?

As it turns out, EVERYTHING!

接下来我要写上一些比较 technical 的东西了,会提到很多名词,例如电磁力,强核力,弱核力,Gluon,Higgs Field 之类的 ~ 如果大家想多学一些物理学知识,那么当然建议继续读下去。如果大家只想知道这个光子表的思想实验如何解释真实世界中的 time dialation 的话,我可以在这里总结一下:

In case 你还没有发现,时间只是一个 illusion,它并不真实存在,真实存在的是物质的变化,对吧?时间只是我们用来衡量物质变化速度的一个 unit。而宇宙中一切物质的变化,都源于四种相互作用。而四种相互作用的实现,就跟我们上面的这个光子表的原理一模一样。

举个例子,四种相互作用中最常见的一种应该就是电磁力了。电磁力的实现是因为电子之间在交换光子。例如我的手为什么可以 “摸到” 墙,就是因为组成我手的原子的电子和组成墙的原子的电子相互之间交换了光子,所以我感受到了墙的存在。这个电磁力的原理对应我们上面那个光子表,很明显,那两面镜子就是两个电子,而中间的光子则刚好就是光子。

好了,我们再来想想衰老这个过程。衰老是因为什么呢?因为体内的化学反应。而所有化学反应的原理都是电磁力。电磁力的实现又是因为电子之间在交换光子。因此,如果相对一个静止的人来说,一个运动的人体内电子之间交换光子的速度变慢了!那么他体内所有化学反应的速度也会变慢,那么他衰老的速度当然也就变慢了!

如果一个人的速度达到了光速,那么他体内的电子之间就没办法交换光子了,一切的化学反应都停止了 —— 他的思考必然也会停止,那么时间对于他来说当然也就停止啦!

但是这里必须要非常非常注意的是,我们所说的运动,指的都是相对于静止的人来说。对于他自己来说,其实他自己的时间依然是正常 tick 的。如图:

对于坐在右边光子表上的那个人,也就是正在远离 Matt 的那个人来说,他其实是静止的(相对于你自己来说,你永远是静止的嘛!你之所以觉得自己在跑,那是相对于地球来说的),他的表是正常 tick 的,Matt 则变成了在运动的那一个 —— 向左边运动。Matt 的时间反而变慢了!

Okay, thank you for your excellent performance, Matt. And btw, you are kind of handsome ~

好了,总结部分结束。如果大家还想了解更多!可以继续读下去。如果想跳过接下来这些比较 technical 的内容,则可以直接去读 P.S. 部分。

如果你看过我的一篇文章叫做《只有能量没有质量》的话,就最好了!如果没有看过的话也没关系,你只需要闭上眼睛相信我接下来要说的话就可以了!哈哈!

首先,大家应该都知道爱因斯坦最著名的那个公式叫做 E = MC2,能量 = 质量 × 光速的平方,这个公式的意思不是说能量可以转化成质量,质量可以转化成能量。而是说这个宇宙中在本质上就不存在一个叫做 “质量” 的东西。换句话说,我们平时所说的 “物质”,其实并不是我们脑袋里想象中的那种 “看得见摸得到的物质”,而只是 “能量的一种表现形式”。

注意,这里我并不想说这个世界上没有物质这种东西,如果说没有物质,那么电子是什么?电子确实是真实存在的东西,只不过它不是我们想象中的那种可以看得到摸得到的东西。你是不可能摸得到电子的。事实上,你是不可能真正摸到任何东西的。后面我们会解释为什么。

“没有质量只有能量” 这个概念用 PBS Spacetime 里 Gabe 的话说就是:“mass isn’t really a thing at all, it’s a property, a property that all energy exbits.”

此时你会想,不对吧?能量这种东西不应该是不受束缚的在宇宙中以光速飞来飞去的吗?就像光这种东西,就是一种典型的能量,打在你身上感觉暖暖的。如果说宇宙中没有质量只有能量的话,为什么我们还能存在呢?没错,但是宇宙中除了能量之外,还有四大基本相互作用。它们分别是强核力,弱核力,电磁力和引力。

比方说,为什么你身体的各个部分没有都以光速飞到别的地方去了呢?是因为电磁力!我们肉眼可见的最小的物质结构就是分子了,分子本身其实就是由电磁力把各个原子 bonding 在一起的,所以每个原子才没有都飞出去。分子和分子之间也是被电磁力 bonding 在一起的。所以正是因为电磁力把无数的分子结构给 bonding 在一起了,才有了你,我,这样的传统意义上的物质。

好了,分子的排列组合是由于电磁力的 bonding,那么原子呢?原子是由原子核和电子组成的。原子核带正电,电子带负电,所以电子本身也是由电磁力 bonding 在一起的!

如图,原子核又由质子和中子组成,质子和中子又由夸克组成。正是强核力,将​夸克们 bonding 在了一起组成中子和质子,所以夸克们才没有都飞走。同样,也是强核力将质子和中子们 bonding 在一起,组成原子核。

最后,那么电子和夸克又为什么没有都飞走呢?因为弱核力。它们跟 Higgs Field 产生相互作用。

那么四种相互作用力都是由什么机制来实现的呢?引力这个比较复杂,我们下篇文章再说!剩下的三种力,都是由交换某种东西来实现的!

例如电磁力的实现,其实是电子之间在交换光子。例如我的手为什么可以 “摸到” 墙,就是因为组成我手的原子的电子和组成墙的原子的电子相互之间交换了光子,所以我感受到了墙的存在。注意,这里的 “摸” 是打了引号的,意思是其实你并没有真正 “摸到” 墙。你只是感受到了墙的电子所发射出的光子而已。从这个角度想下去,其实我们发现我们是不可能真正接触到任何东西的。

强核力的实现,是夸克之间在交换 Gluon;弱核力的实现,是电子和夸克在和 Higgs Field 交换 Higgs particle。

而宇宙中四大基本相互作用的作用速度则都是光速!例如我们多次说过的,电磁力的实现就是电子之间在交换光子,光子不就是以光速运动吗?所以其实宇宙间的万物,当它们在(相对于别人)运动的时候,都跟我们前文中提到的光子表的原理一模一样,它们的时间(相对于别人)会慢下来,因为(相对于别人)四大相互作用力发挥作用的频率都变慢了。这个现象就被我们称为 time dialation ~

P.S.

我在写这篇文章的整个过程中都感觉到非常的快乐。因为一方面感叹于爱因斯坦他老人家的天才!另一方面也为宇宙的神奇与壮美所倾倒。以至于写到一半的时候直接叫了好友来跟我一起重看了一遍《星际穿越》。说到《星际穿越》,其实我在这篇文中解释的 time dialation 的原因 —— 速度,并不是《星际穿越》故事中出现 time dialation 的原因 —— 引力。这个问题我们只有等到下一篇文章来解答了。

我还想提醒大家,《相对论》可不是假说。过去的一百年中,已经有无数的实验证明了相对论的真实性。其最后一个预测 —— 引力波不是也被探测到了吗?主持探测引力波的物理学家们都在今年获得了诺贝尔奖(其中就包括《星际穿越》的 advisor Kip Thorne)。所以 Spacetime 这个概念应该说 99% 是真实存在的吧。其实大家想想看,如果宇宙真的像牛顿描述的那样,过去的事就真的过去了,死去的人就真的消失了。难道不伤感吗?而如果 Spacetime 是真实的话,我们不是可以永远的存在于宇宙中,这难道不是一件好事吗?

一些 reference,都是非常值得大家去看一看的东西:

光子表的思想实验,来自 PBS Spacetime 的这个视频:https://www.youtube.com/watch?v=GguAN1_JouQ&t=357s

对哪艘飞船先接收到信号持有不同意见的截图,来自这个视频:https://www.youtube.com/watch?v=ev9zrt__lec&t=4s

文中多次提到 Brian Green 以及他的纪录片 PBS Nova – the Fabric of the Cosmos;截图都来自 the illusion of time 这一集。不过整个 series 都非常的精彩!非常推荐大家去看一看。如果觉得纪录片还不过瘾的话,同名的书 —— the Fabric of the Cosmos 也非常的棒,可以为纪录片补充很多的细节,尤其是牛顿呀,爱因斯坦呀他们都是如何想问题的,一个又一个的思想实验都设计的巧夺天空,针锋相对,非常的有趣。​​​​

《相对论 · 上》—— 过去,现在,未来是同时存在的吗?

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