爱因斯坦:时间是一个独立的维度,与三维空间没有任何关系

不管你愿不愿意,时间都会一分一秒地在你身边溜走。我们每个人从出生的那一刻起,就在奔流不息的时间长河里一直向前,直到生命结束,我们的时间结束了,但时间本身并没有停止,它一直向前,没有尽头。

速度越快时间就越慢,为什么时间和速度必须联系在一起呢?

就这样日复一日,年复一年。世界上所有人的时间流逝速度都是一样的,这或许是最公平的事情,不管你多有钱,也不管你多贫穷,你拥有的时间也不会比别人多一秒或者少一秒。

这就是经典物理学下的时间概念。

人类对时间的探索从来没有停止过。亚里士多德就认为时间的本质就是变化,是物体运动的直接体现,他认为时间本身是不存在的,只是物体的运动变化。

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也因此人们开始对速度的概念有了更深刻认知,认识到了速度的快慢。但什么是快,什么是慢呢?人们意识到快和慢是相对的。

比如说,一辆小汽车在高速公路上急速行驶,你和朋友坐在汽车里。在你朋友眼里,你并没有运动,而是静止的。而对于高速公路不远处的行人来讲,你的运动速度很快。

这也表明了速度的相对性,速度必须有一定的参照系才有意义。那么问题就来了,速度是相对的,那么时间也是相对的吗?

在牛顿的经典物理学体系下,时间是绝对的,一成不变的,而且是独立存在的。时间只有一个方向,那就是永远向前,不会停止。

速度越快时间就越慢,为什么时间和速度必须联系在一起呢?

通俗来讲,时间是一个独立的维度,与三维空间没有任何关系。在牛顿绝对时空观体系下,宇宙中发生的所有事件,在任何人眼里都是同时发生的。

下面做一个思想实验。假设你在一千光年外的一颗星球上,我在地球上。你打开一瓶水,同时我也打开一瓶水。我俩通过一台超级望远镜观看彼此,在你打开水的瞬间,我也打开了吗?

如今我们知道这个问题并不难回答。因为你通过望远镜看我时,我的信息需要一千年才能到达你那里。

也就是说,在你眼里,你打开一瓶水与我打开一瓶水这两件事并不是同时发生的。当然,在我眼里,也是一样。

如果有另外一个人位于我们中间,也就是500光年的一颗星球上,他同时观看我们两人,会看到我俩打开一瓶水的事件是同时发生的,因为我俩的信息传到他那里需要同样的时间。

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这就说明一个问题,同时的相对性。在一个人眼里同时发生的两件事,在其他人眼里可能就不是同时发生的。

之所以会出现同时的相对性,主要原因还在于光速是有限的。如果光速是无限的,结果就不会有任何不同,一个人看到同时发生的两件事,在其他人眼里也肯定是同时发生的。

但是上面所说的“同时的相对性”还有更深刻的含义,也是狭义相对论所体现的内容。

上文提到了,速度是相对的,任何速度必须有一个参照系才有意义。但是爱因斯坦的横空出世打破了人们的这种传统认知。

爱因斯坦对麦克斯韦方程组非常痴迷,而这个方程组可以推导出一个著名的公式,这个公式能计算出光速,而公式中光速并没有参照系,只与真空的磁导率和介电常数有关。

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光速竟然没有参照系?这在当时无论如何是不可能的。于是物理学家开始到处为光速寻找参照系。但结果越找越麻烦。爱因斯坦干脆用“奥卡姆剃刀”去掉繁杂的寻找之路,提出了著名的光速不变原理。

爱因斯坦强调,光速不需要任何参照系,它就是光速,或者说在任何参照系面前,光速都保持恒定不变。

光速就像一个宇宙速度标尺一样,不会因为外界的任何变动而发生改变。

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举个例子,我站在马路边看着你驾驶一辆汽车飞速行驶,汽车的速度是V。在我眼里,车灯发出的光的速度是多少呢?

在经典物理学体系下,答案应该是汽车的速度加上光的速度,也就是V+C。其实不然,在我眼里,车灯发出的光的速度仍旧是光速C,而且不管汽车的速度多快,哪怕无限接近光速,结果都是一样的。

这就是光速不变原理。

明白了这点,再来重新思考同时的相对性。

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假设你乘坐一列火车,站在车厢的中间位置。我站在轨道旁不动。你在车厢中央位置点燃了一根蜡烛,对于你来讲,蜡烛发出的光会同时到达车厢前后位置,因为你与车厢前后的距离是相同的,而光速是不变的。

但对于我来讲就不同了。在我眼里,车厢的后部实际上会追赶蜡烛发出的光,而前部会远离蜡烛的光。

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根据光速不变原理,光的速度并不会受到运动和参照系的影响,所以光到达车厢后面的时间要比到达前面到达时间更短。这意味着,在我眼里光并不会同时到达车厢的前后位置。

在你眼里同时发生的两件事,在我眼里却不是同时发生的。

速度越快时间就越慢,为什么时间和速度必须联系在一起呢?

这种对时间观测上的差异其实也是时间膨胀或者钟慢效应的直接体现,而这一切都是光速不变原理的直接体现。

速度越快时间就越慢,为什么时间和速度必须联系在一起呢?

正是光速这种霸道的特性,让我们知道了时间并不是绝对的,而是相对的。时间和空间不可分割,是有机的整体。而霸道的光速也让时间和速度之间有了必然的联系。

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