廣義相對論深解——時間的形狀

在1687年艾薩克·牛頓出版的《數學原理》一書中首次給出了時間和空間的數學模型。當時認為和時間和空間相互離,時間被認為是一根兩端無線延伸的直線。它永遠存在,不可能有盡頭。而有形宇宙則是在幾千年前誕生,而且一出現便與現在我們看到的宇宙差不多。但許多哲學家並不贊同這個觀點。如果宇宙該被創生為何不更早些創生,為何要在被創生之前等待無限久?如果宇宙已經存在了無限久宇宙那麼為什沒有到達熱力平衡的狀態,讓所有地方溫度都相同(熱寂)?

廣義相對論深解——時間的形狀

因此,在牛頓的數學模型框架裡它是矛盾的。

而在1915年愛因斯坦提出的廣義相對論中則把原本獨立的時間維和空間維合併在一起稱為時空。廣義相對論認為引力效應是宇宙中物質和能量的分佈引起時空彎曲和畸變,使之不再平坦。

在牛頓的理論中,引力效應只會引起空間的扭曲,而時間則是不受干擾。

但大量的實驗證明正如相對論中的那般,時間和空間相互糾纏,人們不能只使使空間彎曲而讓時間安然無恙,這樣就賦予了時間以形狀。

廣義相對論使空間和時間彎曲,讓它們從事件發生的背景板變成了事件的參與者。

如果說在牛頓的數學模型中,宇宙就是一卷只能勻速播放的磁帶,那麼相對論就賦予了這卷磁帶慢放和快進的能力。而因為時間的殘餘,事件參與者的時間則是恆定的,不會受到外界情況的擾動。

廣義相對論深解——時間的形狀

在上一篇文章中講過,每個人都有自己的時間。

那麼我們假設,一群人乘坐著被加速到十分之一光速的地球向著比鄰星而去,他們計劃2500年到達(排除加速減速階段的低速情況)而另一批人則不願意冒險,選擇停留在原地。

那麼,當地球到達比鄰星之後通過星象圖參數他們會發現自己比預計抵達的時間要晚,但他們自己攜帶的時鐘還是顯示他們2500年而已,哪怕他們是用碳十四來計算時間。這便是物質被加速後扭曲時間造成的結果。

而在《星際穿越》之中也很好的表達了這一點,當接近大質量天體之後,時間流速會變慢。

廣義相對論深解——時間的形狀

這便是時間參與到事件之中最形象的表現。

不過時間雖然被扭曲,但相對論並不允許時間倒流。眾所周知,物質加速度與所消耗的能量成正比,而物質加速到光速所需要的能量是無限大。

因此,物質的加速度最多隻能無限接近於光速,這也是廣義相對論與量子力學存在的衝突。


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