第四部分「為何感覺不到地球公轉?牛頓:重力平衡向心力;愛因斯坦:如何分辨重力場和加速度」
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終於來到本文最後一個問題:為何感覺不到地球公轉?前港大理學院院長郭新教授曾經指出在Google上搜尋問題的解釋當中,找不到一個是正確的。
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他發現網絡上的答案大多說「根據慣性定律,不可能測試慣性參考系是否正在移動」。可是地球並非慣性參考系,因此用慣性定律去解釋是不嚴謹的。利用牛頓力學,正確的答案是「太陽吸引地球以及地球上所有人類的力,完美平衡了地球(和地球上的人)公轉所需的向心力」。
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可是我們可以追問:有沒有比牛頓力學更基本的解釋?有的,而且與之前討論過的炮彈思想實驗有關。這就要由愛因斯坦(Albert Einstein)的另一個思想實驗說起。
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愛因斯坦可說是利用思想實驗的專家。在1907年,即是他發表狹義相對論的兩年後,他想像有一部升降機,裡面有個可憐的人。突然,吊著升降機的纜繩斷掉,升降機裡面的人會失去了重力的感覺,「漂浮」了起來。
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然而我們知道,這是因為升降機和他都以相同的加速度向下自由落體。而如果升降機真的在空無一物的宇宙深處之中,以與地球重力加速度同等數值的加速度向「上」加速,那麼他就會被升降機的地板向「上」推,使他感覺到與身處地球表面一樣的體重。
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如果他看不到升降機外面的環境,他就不可能分辨自己究竟是在外太空被升降機地板向「上」推,還是與升降機靜止在地球表面。換句話說,任何物理學實驗都不可能分辨他「究竟這是在重力場中的自由落體,還是漂浮在遠離任何星體的宇宙空間裡」!
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愛因斯坦後來稱這個思想實驗為他「一生中最快樂的思想」。透過這個思想實驗,愛因斯坦驚訝地發現,在局部的情況下,沒有任何實驗能夠分辨重力場和加速度。
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換句話說,重力場就是加速度,加速度就是重力場,兩者是「相同的物理現象」!這個發現被稱為等效原理(equivalence principle)。等效原理是他在1915年發表廣義相對論的核心概念。
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地球正在向太陽「墜落」、太空站也正在向地球「墜落」。根據等效原理,我們不可能在局部情況下分辨到底地球或太空站究竟是正在「墜落」、還是在遠離一切重力場的宇宙空間之中。因此,我們不可能感覺到地球正在環繞太陽公轉,因為如果我們能夠感覺到地球公轉的話,就等於說我們能夠分辨重力場和加速度!
所以「為何感覺不到地球公轉?」的答案,是因為等效原理。不過要留意,這只是理論上的解釋。等效原理只會在無限小的局部(locality)環境中成立。但升降機並不是無限小的(這一點相信不用解釋)。
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源自一個星球的重力吸引方向是向心的。但在升降機裡的各個物體的加速度卻是平行向「上」的。因此,如果在升降機的兩側各放一個蘋果,我們就可以從兩個蘋果相距的距離分辨出升降機到底是在真正無重力的宇宙空間中,還是正在地球重力場中作自由落體。
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隨著時間過去,如果升降機真的在宇宙中,真的沒有重力作用於兩個蘋果之上,它們之間的距離就應該維持不變;如果升降機是在自由落體,指向地球中心的重力就會作用於兩個蘋果之上,而這兩個力並不是平行的,因此它們之間的距離就應該漸漸縮短。
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當然在現實中並不可能進行升降機實驗,但我們仍然能夠從一些自然現象中找出端倪。例如潮汐漲退就是地球、月球和太陽三者的重力效應,所以潮汐就是地球真正位於重力場裡的證據。
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但這仍只代表地球在重力場之中,並不代表地球正在公轉,地球可能是在直線向太陽墜落。加上之前提過的地球自轉,以及星星、太陽和月亮的周日和周年位置變化,我們就能得出地球必然正在公轉的結論。
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同理,我們感覺不到整個太陽系都在環繞銀河系中心公轉的原因,也是基於等效原理。
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最後,如果想用天文觀測證明地球會公轉的話,其實並不太困難。試試輪流遮住左眼和右眼看同一件物件,會發現物件相對背㬌的位置有所改變,這叫做視差(parallex)。利用相同原理,在相距半年的時間內,觀察同一顆星星相對背㬌星空的位置,我們會發現會有細微的變化。
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因此,結論仍然是「人類相比宇宙實在太渺小了」。
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同時也有1部Youtube影片,追蹤數超過14萬的網紅賢賢的奇異世界,也在其Youtube影片中提到,#時間 #黑洞 #平行世界 各位大家好,歡迎來到HenHenTV的奇異世界,我是Tommy。 最近重看了一次星際穿越Interstellar,以前看的時候真的很不明白,但是這次再看回就比較明白一些,開始對於裡面的理論感到好奇,究竟他們是以什麼理論來拍攝這個電影呢? 這個電影裡面講到的有幾個我們都好奇...
空間中兩平行直線距離 在 李傑老師 Facebook 的最佳貼文
110學測數學重點來嘍!!!
1.數與式
有理數與無理數/絕對值的數線意義/算幾不等式。
2.多項式
二次函數(極值,恆正,係數的正負判別)/牛頓定理/勘根/虛根成雙/插值多項式。
3.指對數
圖形/對數的定義題(星等,分貝,地震,ph值)/不等式/首尾數(複利,成長率,內插法)與應用。
4.數列級數
等差等比的混合題型/sigma求和應用/複利求和。
5.排列組合
同物排列/排容原理/選排問題/分組分堆/幾何計數(直線數,三角形數,矩形數…)/二項式定理。
6.機率
古典機率(骰子,銅板,數字問題)/條件機率/貝式定理/獨立事件。
7.數據分析
標準差S/相關係數r/迴歸直線/資料的伸縮平移。
8.三角
定義(廣義角)/正餘弦與應用(面積,中線,分角線,偏線,R,r)/二倍角公式/簡易三角測量。
9.直線與圓
斜率/直線的位置關係與分割/線性規劃/圓與線的位置關係/切線的求法。
10.平面向量
加減法概念/共線理論/內積的性質與應用(長度,夾角,正射影)/兩線求夾角(距離)。
11.空間向量
坐標系的設定/外積與面積體積。
12.空間中的平面直線
平面方程式的處理/兩平面求夾角距離/直線與平面的位置關係(交於一點,平行...)。
13.矩陣
乘法與性質/轉移矩陣的判讀/馬可夫鏈/反矩陣(乘法反元素)
14.二次曲線
定義的應用(尤其是兩種曲線的混合命題,共焦點或共頂點…)/求方程式。
請按照上述重點逐一複習,並找試題演練,必可考得佳績!
Go go go & good luck♥
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【立場轉載】【2020 諾貝爾物理學獎】廣義相對論與宇宙最黑暗秘密
打風落雨留在家,為何不試試學習黑洞的理論呢?😹😹😹
//諾貝爾獎有三個科學奬項,我們在學校也習慣以「物理、化學、生物」等不同科目去區分不同科學領域。這種分界當然能夠方便我們以不同角度去理解各種自然現象,但大自然其實是不分科目的。科學最有趣的是各種自然現象環環相扣,我們不可能只改變大自然的某一個現象而不影響其他。就好像蝴蝶效應,牽一髮而動全身。
廣義相對論間接推論暗物質存在的必要
廣義相對論是目前最先進的重力理論,它能夠解釋迄今為止所有實驗和觀測數據。然而,天文學家發現銀河系的轉速和可觀測宇宙的物質分佈,都顯示需要比觀測到的物質更加多的質量。這是物理學的其中一個未解之謎,有時會被稱為「消失的質量」問題。那些「應該在而卻看不到」的物質,就叫做暗物質 (dark matter) 。
有些物理學家猜測,會否根本沒有暗物質,而是廣義相對論需要被修改呢?他們研究「修正重力 (modified gravity) 」理論,希望藉由修正廣義相對論去解釋這些觀察結果,無需引入暗物質這個額外假設。可是從來沒有修正重力理論能媲美廣義相對論,完美地描述宇宙一切大尺度現象。
天文學研究向來難以得到諾貝爾獎,因為天文發現往往缺乏短期實際應用。然而過去十年之間,有關天文發現的研究卻得到了五個諾貝爾物理學獎。換言之,過去幾十年間改變人類對宇宙的基本認知的,有一半是來自於天文現象。其中有關廣義相對論的包括 2017 年的重力波觀測、 2019 年的宇宙學研究,以及 2020 年的黑洞研究。
不過很少人提及這三個關於廣義相對論的發現其實同時令暗物質的存在更加可信。因為這些發現測量得越精確,就代表廣義相對論的錯誤空間更小。換句話說,物理學家越來越難以靠修正重力去解釋「消失的質量」問題,所以暗物質的存在就越來越有其必要了。
換句話說,如果證明黑洞存在,其對科學的影響並不單止是為愛因斯坦的功績錦上添花,而是能夠加深人類對構成宇宙的物質的理解。
描述四維時空的圖
談黑洞之前,我們首先要理解一下,物理學家是如何研究時空的。研究時空的一種方法,就是利用所謂的時空圖 (spacetime diagram) 。一般描述幾何空間的圖,在直軸和橫軸分別表示長和闊,形成一個二維平面。有時更可按需要加多一條垂直於平面的軸,代表高度。長、闊、高,構成三維空間。但如果要再加上時間呢?那麼就再在垂直於長、闊、高的第四個方向畫一條軸吧。咦?
怎麼了,找不到第四個方向嗎?這是當然的,因為我們都是被囚禁在三維空間之中的生物。如果有生活在四維空間裡的生物,牠們會覺得我們很愚蠢,問我們:「為什麼不『抬頭』?第四個方向不就在這邊嗎?」就像我們看著平面國的居民一樣,在二維生物眼中,牠們的世界只有前後左右,沒有上下。到訪平面國的我們也會問:「為什麼不『抬頭』?第三個方向不就在這邊嗎?」但牠們無論如何也做不到。
宇宙是三維空間,另外加上時間。如果要加上時間軸這個「第四維」的話,我們就必須犧牲空間維度。物理學家使用的時空圖就是個三維空間,直軸代表時間(時間軸)、兩條水平的橫軸代表空間(空間軸)。當然,把本來的三維空間放在二維的平面上,我們需要一些想像力。在時空圖上,每個點都代表在某時某地發生的一件事件 (event) ,因此我們可以利用時空圖看出事件之間因果關係。一個人在時空中活動的軌跡,在時空圖上稱為世界線 (world line) 。
由於時間軸是垂直的,並且從時空圖的「下」向「上」流動。一個站在原地位置不變的人的世界線會是平行時間軸的直線。由於光線永遠以光速前進,光線的世界線會是一條斜線。而只要適當地選擇時間軸和空間軸的單位,光線的世界線就會是 45 度的斜線。因為沒有東西能跑得比光快,一個人未來可以發生的事件永遠被限制在「上」的那個由無數條 45 度的斜線構成的圓錐體之間,而從前發生可以影響現在的所有事件則永遠在「下」的圓錐體之間。這兩個「上」和「下」的圓錐體內的區域稱為那個人當刻的光錐 (light cone) ,而物理學家則習慣以「未來光錐 (future light cone) 」和「過去光錐 (past light cone) 」分別表示之。
所有東西的世界線都必定被位於未來和過去光錐之內。在沒有加速度的情況下,所有世界線都會是直線。如果涉及加速,世界線就會是曲線。而廣義相對論的核心概念,就是重力與加速度相等,兩者是同一種東西。因此我們就知道如果在時空圖上放一個質量很大的東西,例如黑洞,那麼附近的世界線就會被扭曲。不單是物質所經歷的事件,連時空也會被重力場扭曲,因此時空圖上的格網線和光錐都會被扭曲往黑洞的方向。換句話說,越接近黑洞,你的越大部分光錐就會指向黑洞內部。因為你的世界線必須在光錐之內,你會剩下越來越小的可能逃離黑洞的吸引。
2020 年的諾貝爾物理學獎一半頒給了彭羅斯 (Roger Penrose) ,以表揚他「發現黑洞形成是廣義相對論的嚴謹預測」。在彭羅斯之前的研究,大都對黑洞的特性作出了一些假設,例如球狀對稱。這是因為以往未有電腦能讓物理學家模擬黑洞,只能用人手推導方程。但廣義相對論是非線性偏微分方程,就算不是完全沒有可能也是極端難解開的,所以物理學家只能靠引入對稱和其他假設去簡化方程。因此許多廣義相對論的解都是帶有對稱假設的。這就使包括愛因斯坦在內的許多物理學家就疑惑,會不會是因為額外加入的對稱假設才使黑洞出現?在現實中並沒有完美的對稱,會不會就防止了黑洞的出現?
黑洞只是數學上的副產品嗎?
彭羅斯發現普通的高等數學並不足以解開廣義相對論的方程,因此他就轉向拓撲學 (topology) ,而且必須自己發明新的數學方法。拓撲學是數學其中一個比較抽象的分支,簡單來說就是研究各種形狀的特性的學問。 1963 年,他利用一種叫做共形變換或保角變換 (conformal transformation) 的技巧,把原本無限大的時空圖(因為空間和時間都是無限延伸的)化約成一幅有限大小的時空圖,稱為彭羅斯圖 (Penrose diagram) 。
彭羅斯圖的好處除了是把無限縮為有限,還有另一個更重要的原因:故名思義,經過保角變換後的角度都不會改變。其實在日常生活中,我們經常都會把圖變換為另一種表達方式,例如世界地圖。由於地球表面是彎曲的,如果要把地圖畫在平面的紙上,就必須利用類似的數學變換。例如我們常見的長方形或橢圓形世界地圖,就是利用不同的變換從球面變換成平面。有些變換並不會保持角度不變,例如在飛機裡看到的那種世界地圖,在球面上的「直線」會變成了平面上的「曲線」。
扯遠了。回來談彭羅斯圖,為什麼他想要保持角度不變?因為這樣的話,光錐的方向就會永遠不變,我們可以直接看出被重力影響的事件的過去與未來。彭羅斯也用數學證明,即使缺乏對稱性,黑洞也的確會形成。他更發現在黑洞裡,一個有著無限密度的點——奇點 (singularity) ——必然會形成。這其實就是彭羅斯-霍金奇點定理 (Penrose-Hawking singularity theorem) ,如果霍金仍然在世,他亦應該會共同獲得 2020 年諾貝爾物理學獎。
在奇點處,所有已知物理學定律都會崩潰。因此,很多物理學家都認為奇點是不可能存在宇宙中的,但彭羅斯的計算卻表明奇點不但可以存在,而且還必定存在,只是在黑洞的內部罷了。如果黑洞會旋轉的話(絕大部分都會),裡面存在的更不會是奇點,而是一個圈——奇異圈 (singularity ring) 。
黑洞的表面拯救了懼怕奇點的物理學家。黑洞的表面稱為事件視界 (event horizon) ,在事件視界之內,你必須跑得比光線更快才能回到事件視界之外。因此沒有任何物質能夠回到黑洞外面,所以黑洞裡面發生什麼事,我們都無從得知。就是這個原因給予了科幻電影如《星際啟示錄 (Interstellar) 》創作的空間——在黑洞裡面,編劇、導演和演員都可以天馬行空。只要奇點永遠被事件視界包圍,大部分科學家就無需費心去擔心物理學可能會分崩離析了。甚至有些科學家主張,研究黑洞的內部並不是科學。
雖然如此,卻沒有阻礙彭羅斯、霍金等當代理論天體物理學家,利用與當年愛因斯坦所用一樣的工具——紙和筆——去研究黑裡面發生的事情。雖然或許我們永遠無法證實,但他們的研究結果絕非無中生有,而是根據當代已知物理定律的猜測,即英文中所謂 educated guess 。利用彭羅斯圖,我們發現不單奇點必定存在,而且在黑洞裡面,時間和空間會互相角色。
但這是什麼意思?數學上,時間和空間好像沒有分別,但在物理上兩者分別明顯:在空間中我們可以自由穿梭,但在時間裡我們卻只能順流前進。彭羅斯發現,帶領掉入黑洞的可憐蟲撞上奇點的並非空間,而是時間,因此我們也說奇點是時間的終點。亦因為在黑洞裡面掉落的方向是時間,向後回頭是不可能的,所以一旦落入黑洞,就只能走向時空的終結。
看見黑洞旁的恆星亂舞
另一半諾貝爾獎由 Reinhard Genzel 和 Andreas Ghez 平分,以表揚他們「發現銀河系中心的超大質量緻密天體」。銀河系中心的確有一個超大質量的物體,而且每個星系中心都有一個。這些質量極大的物體,就是所謂的超大質量黑洞 (supermassive blackholes) 。
上世紀 50 年代開始,天文學家陸續發現了許多會釋放出無線電輻射的天體,稱為類星體 (quasars) 。之後其中一個類星體 3C273 被觀測確認是銀河系外的星系中心。根據計算, 3C273 釋放出的無線電能量是銀河系中所有恆星的 100 倍。起初,天文學家認為這些能夠釋放巨大能量的類星體,必然是些比太陽重百萬倍的恆星。但是理論計算結果卻表明,這麼重的恆星會是極不穩定的,而且壽命會非常短,因此類星體不可能是恆星。
為什麼這些類星體不可能是恆星?因為恆星的發光度是有極限的,而且正比於恆星的質量。這個極限稱為愛丁頓極限 (Eddington limit) 。如果恆星的發光度超出愛丁頓極限,光壓(radiation pressure ,即光子對物質所施的壓力)就會超過恆星自身的重力,恆星就會變得不穩定。因此,天文學家逐漸改而相信類星體是位於星系中心的超大質量黑洞。這也令類星體多了一個名字:活躍星系核(active galactic nucleus)。
每個黑洞旁邊都有一個最內穩定圓形軌道 (innermost stable circular orbit) ,依據黑洞會否旋轉而定,大概是黑洞半徑的 3–4.5 倍。比最內穩定圓形軌道更接近黑洞的範圍,環繞黑洞運行的物質都會因不穩定的軌道而墜落黑洞之中,並在墜落的過程中釋放出 6–42% 的能量,因此可以解釋活躍星系核的強大發光度。
另一方面,彭羅斯在 1969 年亦發現一個旋轉的黑洞能夠把能量轉給物質,並且把物質拋出去,這個過程稱為彭羅斯過程 (Penrose process) 。換言之,從黑洞「偷取」能量是有可能的。科學家估計,科技非常先進的外星文明有可能居住於黑洞附近,並利用彭羅斯過程從黑洞提取免費的能源。這個過程亦進一步支持超大質量黑洞能夠釋放巨大能量的理論。
由於 E=mc2 ,能量即是質量,因此被偷取能量的黑洞的質量就會減少。霍金在 1972 年發現一個不會旋轉的黑洞的表面積不可能減少。黑洞質量越大,其表面積就越大,因此不會旋轉的黑洞不會有彭羅斯過程。他亦發現,如果是個會旋轉的黑洞,其表面積是有可能減少的。因此霍金的結論支持了彭羅斯的理論。
Genzel 和 Ghez 兩人的研究團隊已經分別利用位於智利的歐洲南方天文台 (European Southern Observatory) 的望遠鏡和位於夏威夷的凱克望遠鏡 (Keck Telescope) 監察了距離地球約 25,000 光年的銀河系中心區域將近 30 年之久。他們發現有很多移動速度非常快的恆星,正在環繞一個不發光的物體轉動。這個不發光的物體被稱為人馬座 A* (Sagittarius A*, 縮寫為 Sgr A*) 。 Sgr A* 會放出強大的無線電波,這點與活躍星系核的情況相似。
他們不單確認了這些恆星的公轉速率與 Sgr A* 的距離的開方成反比, Genzel 的團隊更成功追蹤了一顆記號為 S2 的恆星的完整軌跡。這兩個結果都表明, Sgr A* 必然是一個非常細小但質量達 400 萬倍太陽質量的緻密天體。這樣極端的天體只有一種可能性:超大質量黑洞。
霍金輻射 黑洞的未解之謎
諾貝爾物理學委員會在解釋科學背景的文件中亦特別提及霍金的黑洞蒸發理論以及霍金輻射 (Hawking radiation) 。現時仍然未能探測到霍金輻射的存在,未來若成功的話除了將再一次驗證廣義相對論以外,更會對建立量子重力理論 (quantum gravity theory) 大有幫助。就讓我們拭目以待吧!
重力波研究、宇宙學研究、黑洞研究,都是直接檢驗廣義相對論預言的方法。加上 2019 年 4 月 10 日公布的黑洞照片,大自然每一次都偏心愛因斯坦。相信愛因斯坦在天上又會伸出舌頭,調皮地說:「我早就知道了!」//
空間中兩平行直線距離 在 賢賢的奇異世界 Youtube 的最佳解答
#時間 #黑洞 #平行世界
各位大家好,歡迎來到HenHenTV的奇異世界,我是Tommy。
最近重看了一次星際穿越Interstellar,以前看的時候真的很不明白,但是這次再看回就比較明白一些,開始對於裡面的理論感到好奇,究竟他們是以什麼理論來拍攝這個電影呢?
這個電影裡面講到的有幾個我們都好奇的東西,時間,引力,平行世界還有黑洞,而這些理論很巧妙的把它們聯繫在一起,我們今天就來說這幾個東西吧!
先說時間,我們好像明白時間但卻又好像從來沒有認識過什麼是時間,我們在有文明以前就以太陽出現的時間為一個標準,或是以星星月亮等等的運行為一個計算單位。其實時間最主要就是三個因素,過去,現在還有未來,而且從來沒有人可以證明時間是在‘流動’的,那在物理裡面,他們對於時間的觀點是怎樣的呢?
如果是這樣,那麼我們就要在愛因斯坦的狹義相對論開始說起,狹義相對論裡面和牛頓力學不同,他加多一個維度,就是時間軸,裡面只有兩個基本的原理
光速是恆定的
大家知道光速是C=30 x 108 m/s,這個原理就是,無論是這樣的情況之下(除了引力之外,我們會在下個理論講到)真空或是經過空氣之中,光速都是恆定的,都是一秒30萬公里。
狹義相對論
這裡的另外一個原理就是移動的物體,和靜止的物體,它們相對的時間會不一樣,打個比方,如果以光速的來回為計算方式,那麼彈回來原點就是一個時間單位,但是移動的東西所彈回來的時間會稍微長了一點,所以這裡就是產生另一個情況,就是時間膨脹。
如果用一個靜態的人的時鐘去測量一個低於光速移動的人,如果這個移動的人也有帶著時鐘,那麼他的時鐘一定會比靜止的人慢,但是對於他來說,在他的移動空間裡面還是一樣的,物理上沒有任何改變。
我來舉一個簡單的例子:
如果我在地球上拿着同一款非常精準的原子鐘,而我朋友則是搭上太空船遠離地球,他在太空船空間裡面的時間是兩年,裡面的食物還是兩年,人也只是老了兩歲。
但是在地球上的我,卻是過來四年,那麼當他回來後,是否是好像穿越了兩年後的未來呢?
那如果我也是像我朋友一樣,搭上太空船與他相反的方向離開地球,我們的時間過得會一樣快。
那麼有人就有提出一個叫雙胞胎悖論,如果一對雙胞胎,弟弟留在地上,哥哥做太空船低於光速離開地球後再回到地球上,那麼哥哥可能就是比弟弟年輕了,是這樣的嗎?
但是事實上狹義相對論只適合用於直線均衡速度的運動,因為哥哥的太空船中途加速,U-turn或減速然後回到地球上,所以並不是適合用這個理論來解釋,
所以就要和另外一個理論來解釋會比較完善,那就是廣義相對論,
廣義相對論裡面講的也是兩個非常簡單的理論。
引力是和加速值是同等的。
打個比方,如果我們坐進電梯裡面,如果電梯上靜止不動,地球的引力會落在我們身上,那麼我們會靜止不動,是因為在我們身上會有向上的支持力,所以我們才會在原地不動(牛頓引力)
當電梯上以N的速度往上升時,那麼加速上升會造成支持力變大,但是其實你是分不清究竟是引力變大還是因為加速上升造成支持力變大,愛因斯坦就把這兩者歸為等效。
這就是等效原理。
到這裡大家明白我講什麼嗎?
光線彎曲
就好像我們之前所講的狹義相對論裡面講的,如果是移動的太空船,對於靜止的人,他的光束落在的地方不同,這裡在廣義相對論裡面加進了引力,好像剛才的理論所說的,如果加速值和引力是等效的,那麼意思是如果在引力非常大的地方,它的時間會比普通引力的地方會過得非常的慢。
我們來看廣義相對論的方程式如何解釋引力導致時間變慢的理論,打個比方,M = 質量無限大的物體, 如果有兩顆不同的星球在離這個無限大質量的物體不同的距離,T1是遠一點的星球上的時間,而T2則是進一點的星球。
GM就是代表這個質量無限大物體的引力數值,而R就是離比較靠近星球的距離,C =光速。
它的方程式如下:
T2 = T1 √(1-2GM/c²r)
大家先不要覺得燒腦,你只需要以最簡單的數學來想這件事情就可以了。
2GM/C²r 必須大於一,如果√ 下面是負數,那麼是除不到的。
如果r需要大於1,那麼r就是距離必須要大過光速除於2GM(就是M的引力數值),那麼得出來的結果就是T2是小於T1,那麼意思是什麼呢?如果距離約靠近M,那麼它的時間就會相對的變慢。
如果剛好R = 2GM/C²r,那麼就是說結果會是√0,也就是T2 =0,那麼就是說在這個距離,對於其他人來說,這個星球上的人的時間是靜止的。
很神奇吧!
這裡就可以解釋道在星際效應裡面,為什麼他們去到接近黑洞的星球,回到太空船上面已經過了35年,以這個理論來說,如果人類接近在黑洞的引力邊緣,也就是再前一些就會掉進黑洞裡面永遠出不來了,對於其他人來說,你的時間是靜止的。那麼是否你在那裡就不會衰老了嗎?
以廣義相對論的方程式還有一個未解之謎,那就是如果在超過了黑洞的引力邊緣,那麼時間就會變成虛數,如果時間是虛數的話,那麼究竟在裡面會發生什麼事情呢?這個在電影裡面有假設,他掉進一個好像平行世界的空間裡面,而這個平行空間可以穿越過去和過去的自己對話。
回來我們說的時間,我們是以人類衰老的速度來衡量時間,還是我們的細胞對於引力的轉變變成停止衰老呢?還是引力加快了我們身體的新陳代謝?而減慢了我們衰老的速度?
我在上兩個平行世界的影片也有講過,現在我把三個影片關聯在一起,平行世界裡面可能會有另外一個我,如果量子可以同時存在在不同的時空裡,那量子時空的就有可能把兩個世界暫時連接在一起。像我之前在平行世界的影片裡面有假設:如果兩個平行世界的時間是不存在的,並沒有以前或是現在,而是只有快和慢的假設呢?
那麼以今天的這個廣義相對論,就可以解釋會否有比較快或比較慢的平行世界了,只要那個平行世界是越靠近質量無限大的物體時,那麼它的時間可以變慢,甚至靜止了。那麼平行世界的記憶重疊也可以用這集更加的完整解釋了。
如果這個讓你可以去到這個時間靜止的空間裡面,當時間是無限時,你會做什麼呢?那是否你回到地球時,地球早已過了100年呢?時間是單向的,並不可以穿越過去,而過去所發生的事情,就已經過去了。
在星際效應裡面,他進入了黑洞裡面,傳送到一個時間為虛數的五維空間,可以看到他以前的還沒去外太空之前的情景,還用引力和摩斯密碼來傳送黑洞裡面的量子質料和,和引導過去的他去到太空研究站等等。
到現在我終於比較明白這個電影了。
就算時間可以靜止,對於不會利用時間的人來說,還是一樣的。其實時間還是一樣在流動,只是兩個的物理上覺得不一樣而已。相同的,如果一個人很會利用時間來做有意義的事情,那麼它的時間才有價值。
時間可以忘記傷痛,可以改變一個人,也可以讓一個人成長,以前小的時候,就希望快快長大,當長大過後,就希望時間變慢一些,一年一年的過去,看到撫養我們長大的父母開始老了,你多麼希望可以把它們送到黑洞的邊緣,那麼我們就可以和父母一同老去,但是卻可能30多年不能看到他們。
無論什麼物理方程式都好,沒有什麼是可以敵過時間的,還是那一句,學會珍惜時間,珍惜和家人的時間,還有屬於你的時間。
好啦!今天就是平行世界的完結篇,原本只是想寫黑洞的原理,竟然湊巧的讓平行世界的兩部影片完整了,人生就是這樣,你永遠都不知道下一步會發生什麼事情,大家看完這平行世界的三部曲,有什麼希望我講的主題嗎?歡迎大家留言建議,我會試著做的。我們下個奇異世界見,Bye
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